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JP2018502485A - Method and apparatus for controlling, monitoring, and communicating with tunable optical devices and subassemblies - Google Patents

Method and apparatus for controlling, monitoring, and communicating with tunable optical devices and subassemblies Download PDF

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Abstract

光デバイス、フォトニック集積回路、またはサブアセンブリに対して制御、モニタリング、および通信するための装置を提供する。この装置は、光デバイスまたはサブアセンブリ、および光デバイスまたはサブアセンブリに連結されたプログラム可能なハードウェアゲートを含むフィールドプログラマブルデバイスを含む。フィールドプログラマブルデバイスは、光デバイスまたはサブアセンブリに対して制御、モニタリング、および/または通信するために、ゲートレベルで複数の機能を実装するように構成することができ、複数の機能のそれぞれが、マイクロプロセッサまたはマイクロコントローラを使用することなく、並列処理として実行するように構成される。さらに、ソフトウェアによって動作可能な特徴がある、フィールドプログラマブルデバイスを中心とした制御システムを有する波長可変レーザに基づいて、プログラム可能な光送信機、光サブアセンブリ、または送受信機などのプログラム可能な光デバイスは、例えば、実際の通信量に基づいて、幅広いリアルタイムの制御およびモニタリングの機能性を提示する。【選択図】図1AAn apparatus for controlling, monitoring, and communicating with an optical device, photonic integrated circuit, or subassembly is provided. The apparatus includes a field programmable device including an optical device or subassembly and a programmable hardware gate coupled to the optical device or subassembly. A field programmable device can be configured to implement multiple functions at the gate level to control, monitor, and / or communicate with an optical device or subassembly, each of the multiple functions being micro- It is configured to execute as parallel processing without the use of a processor or microcontroller. Furthermore, a programmable optical device such as a programmable optical transmitter, optical subassembly, or transceiver based on a tunable laser having a control system centered on a field programmable device, characterized by software operation Presents a wide range of real-time control and monitoring functionality, for example, based on actual traffic. [Selection] Figure 1A

Description

米国特許法第119条に基づく優先権の主張
本特許出願は、「Methods and Apparatus for Controlling Tunable Optical Devices and Subassemblies」と題され、2014年11月20日に出願された米国仮特許出願第62/082,545号の利益を主張するものであり、この米国仮特許出願の全開示が全体として参照により本明細書に援用される。
This patent application is entitled “Methods and Apparatus for Controlling Tunable Optical Devices and Subsembles” and is filed on November 20, 2014. No. 082,545, the entire disclosure of which is hereby incorporated by reference in its entirety.

今日の光ファイバをベースとしたネットワークは、電子機器と光ファイバ上を伝搬する光信号との間のインターフェースとして、および電子形態と光学形態との間で情報を変換するネットワーク内の他のポイントで、送受信機を使用する。   Today's fiber optic-based networks serve as an interface between electronic equipment and optical signals propagating over the fiber, and at other points in the network that convert information between electronic and optical forms. Use a transceiver.

光、フォトニック、ならびに光電子デバイスおよび構成要素を含む光デバイスは、光ファイバ上での送信のために光データを送信し、符号化し、受信し、復号するために使用される。光デバイスは、デバイスおよび構成要素を制御するために使用され、同様に、送信側および受信側で電子形態のデータとインターフェース接続し、電子データの符号化および復号を行い、クロック修復および誤り訂正のような他の機能を実行し、温度、波長および他の波長可変レーザの機能、ならびに十分に機能する波長可変レーザおよび同調可能なサブアセンブリを実現するために使用されるインターフェースの光学素子および回路の機能を含む、回路の環境を制御するために要求される機能を実現するために使用される様々な電子回路にインターフェース接続される。   Optical devices, including optical, photonic, and optoelectronic devices and components, are used to transmit, encode, receive, and decode optical data for transmission over optical fibers. Optical devices are used to control devices and components, as well as interface with electronic forms of data on the transmitting and receiving sides, encoding and decoding electronic data, and clock recovery and error correction. Of interface optics and circuits used to implement other functions such as temperature, wavelength and other tunable laser functions, and fully functional tunable lasers and tunable subassemblies Interfaces to various electronic circuits used to implement the functions required to control the environment of the circuit, including the functions.

波長可変レーザに基づいた、送信機、光サブアセンブリ、および送受信機などのプログラム可能な光デバイスは、波長可変レーザの機能をサポートし、制御、モニタリングおよび通信の機能性をサポートするために、多くの制御システムを要求する。広範に同調可能なレーザは、多数のセクションを含み、一般に、利得セクション、同調可能な位相セクション、および同調可能なミラーセクションを含み、いくつかの設計では、同調可能なフィルタセクションも搭載する。これらのセクションの物理的なパラメータを同調すると、結果として出力レーザ波長の同調を行うことになる。波長可変レーザの他のパラメータは、集積型か非集積型かに関わらず、光データ変調器、ならびに、パワー制御、波長ロッキング、線幅狭窄化および制御、変調制御、高次変調、または同様のもののような他の機能を含み、本開示を使用してこれらの性能を強化することができる。   Programmable optical devices, such as transmitters, optical subassemblies, and transceivers, based on tunable lasers, support many tunable laser functions and many to support control, monitoring, and communication functionality Requires a control system. Widely tunable lasers include multiple sections, typically including a gain section, a tunable phase section, and a tunable mirror section, and some designs also include a tunable filter section. Tuning the physical parameters of these sections results in tuning of the output laser wavelength. Other parameters of tunable lasers, whether integrated or non-integrated, include optical data modulators and power control, wavelength locking, line narrowing and control, modulation control, higher order modulation, or similar Other features, such as those, can be used to enhance these capabilities using the present disclosure.

従来技術の参照の例に、「Control of Widely Tunable SSG−DBR Lasers for Dense Wavelength Division Multiplexing」、Journal of Lightwave Technology、18巻、8号、2000年8月、米国特許第6,954,476号、第6,788,719号、第6,690,693号、ならびに米国特許出願第2004/0120372号を含むことができ、これらの全開示が全体として参照により本明細書に援用される。   Examples of prior art references include "Control of Widely Tunable SSG-DBR Lasers for Dense Wavelength Division Multiplexing", Journal of Lightwave Technology, Vol. 4, No. 8, 2000, Vol. 8, No. 4, 2000, No. 8, 2000. 6,788,719, 6,690,693, and US Patent Application No. 2004/0120372, the entire disclosures of which are hereby incorporated by reference in their entirety.

しかし、送信光サブシステムアセンブリ(TOSA:transmitter optical subsystem assembly)、送受信機、および他の通信光サブアセンブリなどの既知の従来型のプログラム可能な波長同調可能な送信機は、リアルタイムにプログラム可能ではなく、したがって、光学層における柔軟性および即応性が欠如している。さらに、リアルタイムのプログラミング性が欠如している既存デバイスのように、データセンタのネットワークを計画し、構築し、運用し、維持することに関連して高い費用がかかる。   However, known conventional programmable wavelength tunable transmitters such as transmitter optical subsystem assembly (TOSA), transceivers, and other communication optical subassemblies are not programmable in real time. Therefore, the flexibility and responsiveness in the optical layer is lacking. In addition, like existing devices that lack real-time programmability, there is a high cost associated with planning, building, operating and maintaining a data center network.

前述の一般的な説明および以下の詳細な説明は例示的なものであり、説明されているような本技術または本開示の説明をさらに行うことを意図することを理解されたい。   It should be understood that the foregoing general description and the following detailed description are exemplary and are intended to further describe the technology or the disclosure as described.

本開示は、一般に、集積電子機器およびフォトニック集積回路、ならびにこれらの組合せを用いる光送受信機、モジュールおよびサブアセンブリ、ならびにレーザ送信機および受信機などの、光デバイスおよびサブアセンブリに関する。光デバイスおよびサブアセンブリは、多数の部品、例えば、光変調器および半導体光増幅器、非集積型の光および光電子部品、ならびに他の計測および制御のデバイスおよび部品と同じ基板上に集積された広範に同調可能な半導体レーザを内蔵する。   The present disclosure relates generally to optical devices and subassemblies such as integrated electronics and photonic integrated circuits, and optical transceivers, modules and subassemblies, and laser transmitters and receivers using combinations thereof. Optical devices and subassemblies are extensively integrated on the same substrate as many components, such as optical modulators and semiconductor optical amplifiers, non-integrated optical and optoelectronic components, and other metrology and control devices and components. Built-in tunable semiconductor laser.

1つの態様では、光通信のための光デバイス、フォトニック集積回路、またはサブアセンブリに対して制御、モニタリング、および通信するための装置が提供される。この装置は、光デバイスまたはサブアセンブリ、およびその光デバイスまたはサブアセンブリに連結されたプログラム可能なハードウェアゲートを含むフィールドプログラマブルデバイスを含む。フィールドプログラマブルデバイスは、光デバイスまたはサブアセンブリに対して制御、モニタリング、および/または通信するために、ゲートレベルで複数の機能を実装するように構成され、複数の機能のそれぞれは、マイクロプロセッサまたはマイクロコントローラを使用することなく、並列処理として実行するように構成されている。   In one aspect, an apparatus for controlling, monitoring, and communicating with an optical device, photonic integrated circuit, or subassembly for optical communication is provided. The apparatus includes a field programmable device including an optical device or subassembly and a programmable hardware gate coupled to the optical device or subassembly. The field programmable device is configured to implement multiple functions at the gate level to control, monitor, and / or communicate to the optical device or subassembly, each of the multiple functions being a microprocessor or a micro It is configured to execute as parallel processing without using a controller.

本開示の1つの態様では、光通信システムは、光変調器および半導体光増幅器、非集積型の光および光電子部品と同じ基板上に集積された波長可変レーザを備える光デバイスまたはサブアセンブリ、ならびに、光デバイスまたはサブアセンブリおよびレーザ送信機および受信機に連結されたプログラム可能なハードウェアゲートを含むフィールドプログラマブルデバイスを含む。フィールドプログラマブルデバイスは、光デバイスまたはサブアセンブリに対して制御、モニタリング、および/または通信するために、ゲートレベルで複数の機能を実装するように構成され、複数の機能のそれぞれは、マイクロプロセッサまたはマイクロコントローラを使用することなく、並列処理として走るように構成されている。光通信システムのフィールドプログラマブルデバイスは、1つまたは複数のフィールドプログラマブルゲートアレイ(FPGA:field programmable gate array)またはプログラマブル論理デバイス(PLD:programmable logic device)を備える。さらに、光通信システムのフィールドプログラマブルデバイスは、実際の通信量に基づいて、光デバイスおよびサブアセンブリのリアルタイムの制御およびモニタリングのためのアプリケーションプログラミングインターフェース(API:application programmable interface)を備えるように構成することができる。また、複数の機能は、フィールドプログラマブルデバイス内で異なるクロック信号で走るように構成することができる。さらに、フィールドプログラマブルデバイスは、光変調器および半導体光増幅器、非集積型の光および光電子部品と同じ基板上に集積された波長可変レーザの制御、モニタリング、および/または通信を可能にする、グラフィカルユーザインターフェース(GUI:graphical user interface)またはアプリケーションプログラミングインターフェース(API:application programming interface)に対するソケットのうち1つまたは両方を含む通信インターフェースを備えることができる。   In one aspect of the present disclosure, an optical communication system includes an optical modulator and a semiconductor optical amplifier, an optical device or subassembly comprising a tunable laser integrated on the same substrate as non-integrated optical and optoelectronic components, and A field programmable device including an optical device or subassembly and a programmable hardware gate coupled to a laser transmitter and receiver. The field programmable device is configured to implement multiple functions at the gate level to control, monitor, and / or communicate to the optical device or subassembly, each of the multiple functions being a microprocessor or a micro It is configured to run as parallel processing without using a controller. A field programmable device of an optical communication system includes one or more field programmable gate arrays (FPGAs) or programmable logic devices (PLDs). Further, the field programmable device of the optical communication system may be configured to include an application programming interface (API) for real-time control and monitoring of the optical device and subassembly based on actual traffic. Can do. Also, the plurality of functions can be configured to run with different clock signals within the field programmable device. In addition, field programmable devices are graphical users that allow control, monitoring, and / or communication of tunable lasers integrated on the same substrate as optical modulators and semiconductor optical amplifiers, non-integrated optical and optoelectronic components. A communication interface may be provided that includes one or both of a socket to an interface (GUI) or an application programming interface (API).

別の態様では、本開示は、波長同調可能な送信機(例えば、TOSA)、送受信機、および他の通信光サブアセンブリなどの、リアルタイムにプログラム可能な光デバイスおよびサブアセンブリを備える。本開示によれば、アプリケーションプログラミングインターフェース(API)を介してアクセス可能なソフトウェアによって動作可能な特徴は、例えば、実際の通信量に基づいた、光デバイスおよびサブアセンブリの幅広いリアルタイムの制御およびモニタリングを提示する。プログラミング性は、リアルタイムに帯域幅を拡大縮小すること、および別ルートで送信することによる光学層における前例のないレベルの柔軟性および即応性、所与の光ファイバの設備からのより高い帯域幅の抽出、ならびに、データセンタのネットワークを計画し、構築し、運用し、および維持することに関する複雑性および関連費用の削減を可能にする。   In another aspect, the present disclosure comprises optical devices and subassemblies that are programmable in real time, such as wavelength tunable transmitters (eg, TOSA), transceivers, and other communication optical subassemblies. In accordance with the present disclosure, features operable by software accessible via an application programming interface (API) present a wide range of real-time control and monitoring of optical devices and subassemblies, for example, based on actual traffic To do. Programmability means unprecedented levels of flexibility and responsiveness in the optical layer by scaling bandwidth in real-time and transmitting separately, higher bandwidth from a given fiber optic installation Enables extraction and reduction of complexity and associated costs associated with planning, building, operating and maintaining a data center network.

本開示の1つの態様では、プログラム可能なシステム、方法およびデバイスは、波長可変レーザ、同調可能な送信機、同調可能な送受信機の着脱可能なものおよびサブアセンブリ、ならびに基板に取り付けられた同調可能な送受信機および予備の集積型または非集積型の光学素子、オプトエレクトロニクス、および/または電子機器に対して制御、モニタリング、および通信するために提供される。本明細書で説明するシステム、方法およびデバイスは、十分に機能する波長可変レーザ、同調可能な送信機、同調可能な送受信機、着脱可能なもの、サブアセンブリ、または基板に取り付けるものを設計し、構築し、生産し、製造するための機能を実現する。本開示は、フィールドプログラマブルゲートアレイ(FPGA)もしくはプログラマブル論理デバイス(PLD)回路のアーキテクチャ、またはマイクロプロセッサもしくはマイクロコントローラの組合せを含む、フィールドプログラマブルデバイス内の波長可変レーザ、送受信機、モジュール、または光サブアセンブリに対するモニタリング、制御、および通信の機能を実装する。   In one aspect of the present disclosure, a programmable system, method and device includes a tunable laser, a tunable transmitter, a detachable sub-assembly of a tunable transceiver, and a tunable attached to a substrate. Provided to control, monitor, and communicate to a complete transceiver and spare integrated or non-integrated optics, optoelectronics, and / or electronics. The systems, methods and devices described herein are designed to function fully tunable lasers, tunable transmitters, tunable transceivers, detachables, subassemblies, or substrates that attach to a substrate, Realize functions to build, produce and manufacture. The present disclosure is directed to a tunable laser, transceiver, module, or optical sub-field in a field programmable device that includes a field programmable gate array (FPGA) or programmable logic device (PLD) circuit architecture, or a combination of microprocessors or microcontrollers. Implement monitoring, control, and communication functions for the assembly.

FPGAとPLDの両回路は、製造後、現場で、および/またはリアルタイムにプログラム/再プログラムすることができる、再構成可能な回路である。本開示によれば、光デバイスまたはサブアセンブリの制御機能は、マイクロコントローラまたはマイクロプロセッサを伴わずに実装することができる。例えば、制御機能を含む様々な機能は、FPGAまたはPLD内に埋め込むことができる。例として、FPGAまたはPLD内に埋め込まれた機能は、FPGA、PLDまたはプログラマブル論理回路とマイクロプロセッサの組合せの中に並列処理を埋め込むことによって実装されるソフトステートマシン、電子フィルタ、制御およびフィードバックループ、決定回路、通信インターフェース、その他を含むが、これらに限定されるものではない。本開示には、検索操作のための較正および他のデータを格納するために、FPGAまたはPLDなどの、制御およびプログラマブル論理デバイスに対して、マイクロプロセッサまたはマイクロコントローラを利用する既存技術に対して有利な点がある。   Both FPGA and PLD circuits are reconfigurable circuits that can be programmed / reprogrammed after manufacture, in the field, and / or in real time. According to the present disclosure, the control functions of the optical device or subassembly can be implemented without a microcontroller or microprocessor. For example, various functions including control functions can be embedded in the FPGA or PLD. By way of example, functions embedded within an FPGA or PLD include soft state machines, electronic filters, control and feedback loops implemented by embedding parallel processing within the combination of FPGA, PLD or programmable logic and microprocessor, Including but not limited to decision circuits, communication interfaces, etc. The present disclosure has advantages over existing technologies that utilize microprocessors or microcontrollers for control and programmable logic devices, such as FPGAs or PLDs, to store calibration and other data for search operations. There is a point.

本開示の他の利点を、以下でさらに詳細に説明する。例として、同調可能な送信機、波長可変レーザ、同調可能な送受信機、着脱可能なもの、またはサブアセンブリを組み立て、動作させるための制御、モニタリング、および通信の機能は、FPGA内のハードウェアゲート内にプログラムすることができ、ファームウェアを使用し、それぞれが独自のクロック速度で走り、モジュールで実装される。並列性、モジュール性、異なるクロック速度で処理を走らせる能力は、削減された費用、複雑性、消費電力、および他の利点について、既存技術に対して利点をもたらすことができる。   Other advantages of the present disclosure are described in further detail below. By way of example, control, monitoring, and communication functions for assembling and operating tunable transmitters, tunable lasers, tunable transceivers, detachables, or subassemblies are within hardware gates within the FPGA. Using firmware, each runs at its own clock speed and is implemented in modules. Parallelism, modularity, and the ability to run processing at different clock speeds can provide advantages over existing technologies for reduced cost, complexity, power consumption, and other benefits.

本開示は、プログラム可能でファームウェアを更新でき、十分にFPGAが制御する(マイクロプロセッサまたはマイクロコントローラを必要としない)ものにすることができる、同調可能なレーザ/送受信機のための制御、モニタリング、および通信の方法および装置を含むが、これらに限定されるものではない。本開示の実施形態は、以下のものを含むが、これらに限定されるものではない。
・クライアントもしくはホスト、またはファイバ通信チャネルとの往復の通信インターフェース、
・波長可変レーザの波長の記憶および管理、
・外部の消去可能プログラマブルリードオンリメモリ(EPROM:erasable programmable read−only memory)に対するプログラマブルリードオンリメモリ(PROM:programmable read only memory)−シリアル周辺機器インターフェース(SPI:serial peripheral interface)のフラッシュインターフェース、
・電圧および電流を介してインターフェース接続している、波長可変レーザ、変調器、オプトエレクトロニクス、電子機器、センサ、ならびに他の制御およびモニタリングの接点に対する、全ての制御およびモニタリング機能のための設定電流および電圧、
・光、電子、およびフォトニック集積回路(PIC:photonic integrated circuit)のモニタリング、
・ボックスカー平均化装置および他の信号処理機能、
・自動光パワー制御、
・波長ロッキング、
・線幅狭窄化のアルゴリズムおよび回路(例えば、パウンドドレバホール(PDH:Pound Drever Hall))、
・温度のモニタリングおよび制御、
・アラームおよびモニタリングの制御および通信、
・アプリケーションプログラミングインターフェース(API)、ならびに
・十分に較正されたスタンドアロンの、着脱可能なものへ集積する準備ができている、またはオンボードの−デジタルの制御/モニタリング/データ−オンボードの較正されたEPROM。
The present disclosure provides control, monitoring for a tunable laser / transmitter / receiver that can be programmed, firmware updated, and fully FPGA controlled (no microprocessor or microcontroller required), Including but not limited to communication methods and apparatus. Embodiments of the present disclosure include, but are not limited to, the following.
-A round-trip communication interface with the client or host or fiber communication channel,
・ Storage and management of wavelength of tunable laser,
Programmable read only memory (PROM) for external erasable programmable read-only memory (EPROM) —Serial peripheral interface (SPI) flash
Set currents and all control and monitoring functions for tunable lasers, modulators, optoelectronics, electronics, sensors, and other control and monitoring contacts interfaced via voltage and current Voltage,
Monitoring of optical, electronic and photonic integrated circuits (PICs);
-Boxcar averaging device and other signal processing functions,
・ Automatic optical power control,
・ Wavelength locking,
Line width narrowing algorithm and circuit (for example, Pound Dever Hall (PDH)),
Temperature monitoring and control,
Alarm and monitoring control and communication,
• Application programming interface (API), and • Fully calibrated stand-alone, ready to be integrated into a detachable or on-board-digital control / monitoring / data-on-board calibrated EPROM.

本開示の1つの態様によれば、制御システムおよび制御方法は、光デバイスおよび/またはサブアセンブリを迅速に制御するために提供される。制御システムおよび方法は、波長可変レーザ、内部および外部の光学式および光電子式のモニタリングおよび制御機能、内部および外部の電子式のモニタリングおよび制御機能、信号処理機能、ならびに送受信機、光モジュールおよび/または光サブアセンブリ内の関連機能などの光デバイスまたはサブアセンブリの部品を制御する機能性を備える。   According to one aspect of the present disclosure, a control system and method are provided for rapidly controlling an optical device and / or subassembly. Control systems and methods include tunable lasers, internal and external optical and optoelectronic monitoring and control functions, internal and external electronic monitoring and control functions, signal processing functions, and transceivers, optical modules and / or Functionality to control parts of the optical device or subassembly, such as related functions within the optical subassembly.

本開示の別の態様は、スタンドアロンもしくはマイクロコントローラとの組合せ、ならびに/または、アナログ/デジタル変換(ADC:analog to digital converting)回路とデジタル/アナログ変換(DAC:digital to analog converting)回路の組合せであるFPGA、PLD、または同様のものなどの、フィールドプログラマブルデバイス内に、本開示による制御システムおよび方法の実施形態を実装することであり、ここで、FPGA、PLD、または同様のものは、データストレージだけの機構、例えば、波長可変レーザのための参照テーブルのような、単純な今日のFPGAおよびPLDの使用を越えて、第1の実施形態の一部として制御機能のために使用される。したがって、本開示のこの実施形態は、モニタリング、制御および処理のためだが、本明細書で説明するような制御システムおよび方法のためではない、他の処理モジュールによってアクセスされる、波長可変レーザおよび他の実施形態に関するデータを格納するために、制限された容量でFPGAおよび/またはPLDを利用する既存技術に対する様々な利点を提供する。   Another aspect of the present disclosure is a combination of a stand-alone or microcontroller and / or a combination of analog to digital converting (ADC) and digital to analog converting (DAC) circuits. Implementing an embodiment of a control system and method according to the present disclosure in a field programmable device, such as an FPGA, PLD, or the like, where the FPGA, PLD, or the like is data storage Beyond the simple use of today's FPGAs and PLDs, such as lookup tables for tunable lasers alone, it is used for control functions as part of the first embodiment. Thus, this embodiment of the present disclosure is for tunable lasers and others accessed by other processing modules for monitoring, control and processing, but not for control systems and methods as described herein. The present invention provides various advantages over existing technologies that utilize FPGAs and / or PLDs with limited capacity to store data regarding the present embodiment.

本開示の1つの態様では、フィールドプログラマブルデバイスは、計測温度に基づいて、および、フィールドプログラマブルデバイスに格納されたテーブル間を移動すること、または温度波長マップ間に外挿することのうちの少なくとも1つによって、熱電冷却器(TEC:thermoelectric cooler)の負荷を削減するために波長可変レーザのレーザ制御電流を計測温度に自動的に適応するように構成することができる。   In one aspect of the present disclosure, the field programmable device is at least one of moving based on the measured temperature and between tables stored in the field programmable device, or extrapolating between temperature wavelength maps. Thus, the laser control current of the tunable laser can be automatically adapted to the measured temperature in order to reduce the load on the thermoelectric cooler (TEC).

本開示による制御システムおよび方法の一部として、FPGA、PLD、または同様のものなどのフィールドプログラマブルデバイスを使用する利点は、コードおよび処理が、モジュール方式および/または並列処理にすることができるということであり、それぞれは、同じデバイス内で異なる固有のクロック速度で走ることができ、再プログラム可能であり、ならびに、全ての制御、モニタリング、および通信の実施形態を扱うことができる。したがって、本開示の1つの態様では、1つまたは複数のシステムのサブモジュールは、他のモジュール/サブモジュールに影響を及ぼすことなく、交換し、修正し、プログラムおよび/または再プログラムを行うことができる。したがって、ゲートレベルでプログラム可能な方法で、光デバイスおよびサブアセンブリの制御、モニタリングおよび通信システムを走らせる利点は、消費電力の低減、費用の削減、より広いクラスのアプリケーションにわたるより広範な使用、および共通のプログラム可能なアーキテクチャ内に様々な種類の新しい制御モジュール(フィルタ、アナログ回路、ステートマシン、他)を導入することを含むことができる。   An advantage of using a field programmable device such as an FPGA, PLD, or the like as part of a control system and method according to the present disclosure is that code and processing can be modular and / or parallel processing. Each can run at different unique clock speeds within the same device, can be reprogrammed, and can handle all control, monitoring, and communication embodiments. Thus, in one aspect of the present disclosure, sub-modules of one or more systems may be replaced, modified, programmed and / or reprogrammed without affecting other modules / sub-modules. it can. Thus, the benefits of running optical device and subassembly control, monitoring and communication systems in a gate level programmable manner are reduced power consumption, reduced costs, wider use across a broader class of applications, and It can involve introducing various types of new control modules (filters, analog circuits, state machines, etc.) within a common programmable architecture.

本開示の別の態様によれば、本明細書で説明する方法およびシステムは、全体として参照により本明細書に援用される、WO2014/107537として、2014年7月10日に公開された、米国特許出願第14/146717号に記載されているように、多重ファセットのレーザアーキテクチャと共に利用することができる。WO2014/107537に説明されているように、波長可変レーザの2つ以上のファセットは、出力のために使用することができ、および斬新な変調器の構造に接続することができる。本開示で説明する制御およびモニタリングは、いくつかの形態では、WO2014/107537に記載された発明と組み合わせるとき、従来技術に対して追加の利点を有することができる。   According to another aspect of the present disclosure, the methods and systems described herein are disclosed in the United States, published July 10, 2014, as WO 2014/10537, which is incorporated herein by reference in its entirety. It can be used with multiple faceted laser architectures as described in patent application No. 14/146717. As described in WO 2014/107537, two or more facets of a tunable laser can be used for output and can be connected to a novel modulator structure. The control and monitoring described in this disclosure may have, in some forms, additional advantages over the prior art when combined with the invention described in WO2014 / 105373.

1つの態様により、本開示は、FPGAを中心としたアーキテクチャを使用する光デバイスおよびサブアセンブリと共に用いることができる。デバイスおよびサブアセンブリの例は、米国特許第8,644,713号、および「Programmable Optical Subassemblies and Modules」と題された米国特許出願第14/171,480号、「Optical Network Interface Module Using A Hardware Programmable Optical Network」と題された第12/945,470号、ならびに、「Control Systems for Optical Devices and Subassemblies」と題された第13/942,519号を含むことができ、これらは全体として参照により本明細書に援用される。FPGAを中心としたアーキテクチャは、これらの光デバイスおよびサブアセンブリ内のマイクロプロセッサまたはマイクロコントローラを使用することなく、内部のFPGAを使用して、全ての制御、モニタリング、通信、およびアルゴリズムを走らせることができる。   According to one aspect, the present disclosure can be used with optical devices and subassemblies that use an FPGA-centric architecture. Examples of devices and subassemblies include U.S. Patent No. 8,644,713, and U.S. Patent Application No. 14 / 171,480 entitled "Programmable Optical Subsembles and Modules", "Optical Network Interface Module A Hardware Amminga Amminga Amminga Amm. 12 / 945,470 entitled “Optical Network” and 13 / 942,519 entitled “Control Systems for Optical Devices and Subsembles”, which are incorporated herein by reference in their entirety. Incorporated herein by reference. An FPGA-centric architecture uses an internal FPGA to run all control, monitoring, communication, and algorithms without using a microprocessor or microcontroller in these optical devices and subassemblies. Can do.

本開示によれば、外部のFPGAに対して同じファームウェアを使用してレーザを構成し、較正速度を著しく速めることもでき、ここで、結果として生じる較正データは、その後、波長可変レーザを制御するために使用される波長制御のFPGAに移され、製造中に較正を行い、製造からネットワークへの導入まで、波長可変レーザを使用する全ての実施形態にわたり、FPGAの技術およびファームウェアと同一の制御および再較正または再プログラムを行う。したがって、本技術は、製造および所有ならびに性能の改善にかかる費用を著しく減らすことができる。   According to the present disclosure, the laser can be configured using the same firmware for an external FPGA to significantly increase the calibration speed, where the resulting calibration data then controls the tunable laser. The same control and control as the FPGA technology and firmware across all embodiments using wavelength tunable lasers, from manufacturing to network introduction, calibrated during manufacturing Recalibrate or reprogram. Thus, the technology can significantly reduce the cost of manufacturing and ownership and performance improvements.

本開示の別の態様によれば、通信インターフェースは、全体として参照により本明細書に援用される米国特許出願第12/945,470号、ならびに関連する特許および特許出願に記載されているように、フィールドプログラマブルデバイス(例えば、FPGA)に集積することもできる。通信インターフェースは、高速な波長較正アルゴリズムのいずれかのうちの1つを実装するために、フィールドプログラマブルデバイス(例えば、FPGAもしくはPLD、または同様のもの)を通じて、波長可変レーザと相互作用するソフトウェア層を使用して、完全な波長可変レーザのソフトウェアによる制御、モニタリング、および較正を可能にするグラフィカルユーザインターフェース(GUI)および/またはアプリケーションプログラミングインターフェース(API)に対するソケットを備えることができ、使いやすさ、製造性、較正の速度、ならびに、他の製造業、システムインテグレーション、およびネットワークオペレーションシステムへの統合を可能にし、著しく費用を下げ、あらゆる既存の手法と比較して柔軟にする。較正ルーチンの速度によって、約数分で、フィールドプログラマブルデバイス(例えば、FPGA、PLD、または同様のもの)を介して、アプリケーション層のインターフェースを使用して、現場でまたはリアルタイムで再較正を可能にすることさえできる。   According to another aspect of the present disclosure, the communication interface is as described in US patent application Ser. No. 12 / 945,470, and related patents and patent applications, which are incorporated herein by reference in their entirety. It can also be integrated in a field programmable device (eg, FPGA). The communications interface includes a software layer that interacts with the tunable laser through a field programmable device (eg, FPGA or PLD, or the like) to implement one of any of the fast wavelength calibration algorithms. Can be equipped with a socket for a graphical user interface (GUI) and / or an application programming interface (API) that allows software to control, monitor and calibrate a complete tunable laser for ease of use, manufacturing Performance, speed of calibration, and integration into other manufacturing, system integration, and network operations systems, significantly reducing costs and flexibility compared to any existing method . Depending on the speed of the calibration routine, recalibration can be done in the field or in real-time using an application layer interface via field programmable devices (eg, FPGA, PLD, or the like) in a matter of minutes I can even do that.

本開示の別の態様では、フィールドプログラマブルデバイスは、無線通信を介して、フィールドプログラマブルデバイスに連結されたGUIからの、または、光通信リンク上の遠く離れたサイトに設置された他の装置のGUIからの、1つまたは複数の制御信号を受信するように構成することができる。   In another aspect of the present disclosure, the field programmable device is configured via a wireless communication from a GUI coupled to the field programmable device or other device installed at a remote site on an optical communication link. Can be configured to receive one or more control signals from.

本開示の他の著しい利点は、ファームウェアを使用して波長可変レーザおよび送信機の性能を改善するために必要とされる全ての機能、例えば、多くの例のうちの2つとして、コヒーレント通信のためにレーザの線幅を狭窄化すること、レーザの相対強度雑音(RIN:relative intensity noise)を低減することを実現するために、インターフェースを制御しモニタリングすることに加えて、フィールドプログラマブルデバイス(例えば、FPGA、PLD、または同様のもの)に埋め込まれた処理を利用する能力を含むこともできる。これらの処理は、波長可変レーザ、送信機、送受信機、モジュール、またはサブアセンブリのために他の全ての処理と平行に走らせることができ、多くの場合、他の機能のために使用されたハードウェアを再使用することができる。   Another significant advantage of the present disclosure is that all the functions required to improve the performance of tunable lasers and transmitters using firmware, such as coherent communication as two of many examples, In addition to controlling and monitoring the interface, field programmable devices (e.g., narrowing the laser linewidth to reduce laser linewidth noise and reducing relative intensity noise (RIN)) , FPGA, PLD, or the like) can also be included. These processes can be run in parallel with all other processes for tunable lasers, transmitters, transceivers, modules, or subassemblies and are often used for other functions Hardware can be reused.

さらに詳細な理解は、添付の図面と併用して以下の説明から得ることができる。   A more detailed understanding can be obtained from the following description in conjunction with the accompanying drawings.

本開示の1つの態様による、フィールドプログラマブルデバイスを中心とした制御システムのための構成要素を概念的に示したブロック図を示した図である。FIG. 3 is a block diagram conceptually illustrating components for a control system centered on a field programmable device, according to one aspect of the present disclosure. 本開示の1つの態様による、フィールドプログラマブルデバイスの例を示した図である。FIG. 6 illustrates an example field programmable device according to one aspect of the present disclosure. フィールドプログラマブルデバイス内に、並列で独立した処理として機能が実装される方法の例を示した図である。It is the figure which showed the example of the method by which a function is mounted in a field programmable device as a parallel and independent process. マイクロプロセッサまたはマイクロコントローラをベースとしたアーキテクチャを使用する、波長可変レーザまたは送受信機の制御、モニタリング、および通信の典型的な実装形態を示した図である。FIG. 2 illustrates an exemplary implementation of tunable laser or transceiver control, monitoring, and communications using a microprocessor or microcontroller based architecture. 本開示の1つの態様による、レジスタ書込み操作の実装形態の例を示した図である。FIG. 7 illustrates an example implementation of a register write operation according to one aspect of the present disclosure. フォトニック集積回路(PIC)の同調可能な変調器のブロック図の例を示した図である。FIG. 3 shows an example block diagram of a tunable modulator of a photonic integrated circuit (PIC). 本開示の1つの態様による、フィールドプログラマブルデバイスの技術を使用した、外部の制御機能またはループのブロック図の例を示した図である。FIG. 6 illustrates an example block diagram of an external control function or loop using field programmable device technology, according to one aspect of the present disclosure. 本開示の1つの態様による、3つの異なる温度で波長可変レーザのレーザミラー電流を同調することによって取得された、利得電圧マップの例を示す図である。FIG. 6 illustrates an example gain voltage map obtained by tuning the laser mirror current of a tunable laser at three different temperatures, according to one aspect of the present disclosure. 温度に対する波長1542.02nmおよび1577.16nmにおける2つのレーザミラー電流に対する同調の近似値の例の図である。FIG. 3 is an example of an approximation of tuning for two laser mirror currents at wavelengths 1542.02 nm and 1577.16 nm versus temperature. フィールドプログラマブルデバイス内で走る処理を通じて通信するように構成されたグラフィカルユーザインターフェース(GUI)の例を示した図である。FIG. 6 illustrates an example of a graphical user interface (GUI) configured to communicate through a process that runs within a field programmable device. フィールドプログラマブルデバイス内で走る処理を通じて通信するように構成されたグラフィカルユーザインターフェース(GUI)の例を示した図である。FIG. 6 illustrates an example of a graphical user interface (GUI) configured to communicate through a process that runs within a field programmable device. フィールドプログラマブルデバイス内で走る処理を通じて通信するように構成されたグラフィカルユーザインターフェース(GUI)の例を示した図である。FIG. 6 illustrates an example of a graphical user interface (GUI) configured to communicate through a process that runs within a field programmable device. フィールドプログラマブルデバイス内で走る処理を通じて通信するように構成されたグラフィカルユーザインターフェース(GUI)の例を示した図である。FIG. 6 illustrates an example of a graphical user interface (GUI) configured to communicate through a process that runs within a field programmable device. アナログPDH制御システムの典型的な実装形態を示す図である。FIG. 2 illustrates an exemplary implementation of an analog PDH control system. 本開示の1つの態様による、PDHフィードバックループの実装形態の例を示した図である。FIG. 6 illustrates an example implementation of a PDH feedback loop according to one aspect of the present disclosure. 本開示の1つの態様による、PDHアルゴリズムの実装形態の例を示す図である。FIG. 3 illustrates an example implementation of a PDH algorithm according to one aspect of the present disclosure. 本開示の1つの態様による、PDHアルゴリズムの実装形態の例を示す図である。FIG. 3 illustrates an example implementation of a PDH algorithm according to one aspect of the present disclosure. 本開示の1つの態様による、エタロンが反射した光信号から検出された電力に対する式の例を示す図である。FIG. 6 illustrates an example equation for power detected from an optical signal reflected by an etalon, according to one aspect of the present disclosure. 本開示の1つの態様による、PDHアルゴリズムの実装形態の例を示す図である。FIG. 3 illustrates an example implementation of a PDH algorithm according to one aspect of the present disclosure. 本開示の1つの態様による、フィールドプログラマブルデバイスおよび他のデバイスのファームウェア制御のブロック図の例を示す図である。FIG. 6 illustrates an example block diagram of firmware control of field programmable devices and other devices, according to one aspect of the present disclosure. 本開示の1つの態様による、一般的なエタロンが反射した、および透過した反応の例を示した図である。FIG. 5 illustrates an example of a reflected and transmitted response of a general etalon, according to one aspect of the present disclosure. 本開示の1つの態様による、波長ロッキングアルゴリズムの実装形態の例を示すブロック図の例を示した図である。FIG. 3 is a diagram illustrating an example block diagram illustrating an example implementation of a wavelength locking algorithm, according to one aspect of the present disclosure. 本開示の1つの態様による、温度制御処理の1つの実施形態の図の例を示した図である。FIG. 4 illustrates an example diagram of one embodiment of a temperature control process according to one aspect of the present disclosure. 本開示の1つの態様による、ボックスカーフィルタの1つのチャネルの記号モデルのブロック図を示した図である。FIG. 6 illustrates a block diagram of a symbol model of one channel of a boxcar filter, according to one aspect of the present disclosure. 図23Aは、本開示の1つの態様による、フラッシュメモリのアドレス空間の例を示した図である。図23Bは、本開示の1つの態様による、波長定義テーブルの例を示した図である。FIG. 23A is a diagram illustrating an example address space of a flash memory according to one aspect of the present disclosure. FIG. 23B is a diagram illustrating an example of a wavelength definition table according to one aspect of the present disclosure. 本開示の1つの態様による、1つまたは複数の処理システムの実装形態の例を示した図である。FIG. 7 illustrates an example implementation of one or more processing systems according to one aspect of the present disclosure.

本開示に従って、プログラム可能な光送信機、光サブアセンブリ、および送受信機などの光デバイスを説明する。例として、プログラム可能な光デバイスは、波長可変レーザの様々な機能をサポートするフィールドプログラマブルデバイスを中心とした(例えば、FPGAを中心とした、またはPLDを中心とした)制御システムを有し、制御、モニタリング、および通信の機能性をサポートする波長可変レーザに基づいている。本開示は、送信光サブアセンブリ(TOSA)、送受信機、および他の通信光サブアセンブリなどの、リアルタイムにプログラム可能な波長同調可能な送信機を備える。   In accordance with the present disclosure, optical devices such as programmable optical transmitters, optical subassemblies, and transceivers are described. As an example, a programmable optical device has a control system centered on a field programmable device that supports various functions of a tunable laser (eg, centered on an FPGA or centered on a PLD) and controlled. Based on a tunable laser that supports monitoring, and communication functionality. The present disclosure comprises a real-time programmable wavelength tunable transmitter, such as a transmit optical subassembly (TOSA), a transceiver, and other communication optical subassemblies.

図1Aは、フィールドプログラマブルデバイスを中心とした(例えば、FPGA/PLDを中心とした)制御システムのための構成要素を概念的に示したブロック図を示している。図1に示したシステム100は、ホストコントローラ101、フィールドプログラマブルデバイス103(例えば、FPGA、PLDまたは同様のもの)、レーザ制御電子機器105、波長可変レーザ109、およびストレージ111を含む。ホストコントローラ101は、様々な機能に対してフィールドプログラマブルデバイス103と通信するように構成することができ、波長可変レーザ109の操作に関連したデータを受信するように構成することもできる。この例では、フィールドプログラマブルデバイス103は、フィールドプログラマブルデバイス103、および波長可変レーザ109にインターフェース接続されたデジタル/アナログ変換器(DAC)107を通じて、レーザ制御電極105を駆動することができる。さらに、フィールドプログラマブルデバイス103は、波長可変レーザ109に対する通信および制御のために、アナログ/デジタル変換器(ADC)117を通じて、波長可変レーザ109に連結することができる。   FIG. 1A shows a block diagram conceptually illustrating components for a control system centered on a field programmable device (eg, centered on FPGA / PLD). The system 100 shown in FIG. 1 includes a host controller 101, a field programmable device 103 (eg, FPGA, PLD, or the like), laser control electronics 105, a tunable laser 109, and a storage 111. The host controller 101 can be configured to communicate with the field programmable device 103 for various functions and can be configured to receive data related to the operation of the tunable laser 109. In this example, the field programmable device 103 can drive the laser control electrode 105 through the field programmable device 103 and a digital / analog converter (DAC) 107 interfaced to the tunable laser 109. Further, the field programmable device 103 can be coupled to the wavelength tunable laser 109 through an analog / digital converter (ADC) 117 for communication and control to the wavelength tunable laser 109.

さらに、フィールドプログラマブルデバイス103は、ファイバ通信チャネルのための、クライアントまたはホストとの往復の通信インターフェース、波長可変レーザの波長の記憶および管理、外部メモリに対するPROM−SPIフラッシュインターフェース、電圧および電流を介してインターフェース接続する波長可変レーザ、変調器、オプトエレクトロニクス、センサ、および他の制御およびモニタリングの接点に対する、全ての制御およびモニタリング機能のための電流および電圧の設定、光および電子ならびにフォトニック集積回路(PIC)のモニタリング、ボックスカー平均化装置および信号処理機能、自動光パワー制御、波長ロッキング、線幅狭窄化機能、温度のモニタリングおよび制御、アラームおよびモニタリングの制御および通信、アプリケーションプログラミングインターフェース(API)、ならびに、本明細書で説明する本方法論の様々な態様を実装するための他の多くの機能などの、様々な構成要素、モジュール、または処理(これは図1Aに示されていないが、本明細書で詳細に説明する)を含むこともできる。さらに、フィールドプログラマブルデバイス103は、本技術の様々な態様を実装するためのパラメータを含む様々なパラメータを格納するためにフィールドプログラマブルデバイス103に連結されたストレージまたはメモリ111などの内部ストレージ(図示せず)および/または外部ストレージを含むことができる。本開示の1つの態様では、メモリ111は、本明細書で説明する本技術の様々な態様を実装することに関連する1つまたは複数のデータの参照テーブルを含むことができる。   In addition, the field programmable device 103 has a round-trip communication interface with the client or host for fiber communication channels, wavelength storage and management of tunable lasers, PROM-SPI flash interface to external memory, voltage and current. Current and voltage settings for all control and monitoring functions, optic and electronic and photonic integrated circuits (PICs) for tunable lasers, modulators, optoelectronics, sensors, and other control and monitoring contacts that interface ) Monitoring, boxcar averaging device and signal processing function, automatic optical power control, wavelength locking, line narrowing function, temperature monitoring and control, alarm and monitoring control And various components, modules, or processes (such as those shown in the figure), such as communication and application programming interface (API), and many other functions for implementing various aspects of the methodology described herein. 1A, but will be described in detail herein). Further, the field programmable device 103 may be an internal storage (not shown) such as storage coupled to the field programmable device 103 or memory 111 for storing various parameters including parameters for implementing various aspects of the present technology. ) And / or external storage. In one aspect of the present disclosure, the memory 111 may include one or more data lookup tables related to implementing various aspects of the technology described herein.

さらに、本開示の1つの態様では、フィールドプログラマブルデバイスを中心としたアーキテクチャ(例えば、FPGA、PLD、または同様のものを中心とした)は、以下のように実装することができる。ホストコントローラ101は、組込みソフトのプロセッサ内の高水準プログラミング言語(例えばCコード、もしくは同様のもの)、またはさらなる効率化および高速化のために、ハードウェア記述言語(例えばHDLコード、もしくは同様のもの)のような、1つまたは複数のアルゴリズム、モジュール、処理または機能のためのコードをフィールドプログラマブルデバイス103に転送することができる。ホストコントローラ101は、標準的なインターフェース、すなわちユニバーサルシリアルバス(USB:universal serial bus)接続を通じてフィールドプログラマブルデバイス103に接続することもできる。上述したように、本技術の様々な態様を実行しながら、本技術の様々な態様に従って、フィールドプログラマブルデバイス103は、波長可変レーザ109のレーザミラーを含む様々な構成要素に電流を送るように構成されたDAC117と直接通信することができ、波長可変レーザ109からデータを収集するために、電極電圧および/または電力検出器をモニタリングするように構成されたADC107と通信する。あるいは、および/または、加えて、フィールドプログラマブルデバイス103は、波長可変レーザ109のサーミスタをモニタリングすることによって、および、現在の制御入力を波長可変レーザ109のTECコントローラに送ることによって、レーザ温度の過渡状態を制御することができる。さらに、フィールドプログラマブルデバイス103は、本開示の態様により、様々な機能、方法、アルゴリズム、または方法論を実行するため、フィールドプログラマブルデバイス103に対して内部にあるか外部にあるかに関わらず、メモリ111などの1つまたは複数のストレージデバイス内の、波長可変レーザ109を制御し、モニタリングし、およびこれと通信することに関連するデータをバッファまたは格納することができる。   Further, in one aspect of the present disclosure, an architecture centered on a field programmable device (e.g., centered on FPGA, PLD, or the like) can be implemented as follows. The host controller 101 can be a high-level programming language (eg, C code, or the like) in an embedded software processor, or a hardware description language (eg, HDL code, or the like) for further efficiency and speed. Code for one or more algorithms, modules, processes or functions, such as The host controller 101 can also be connected to the field programmable device 103 through a standard interface, i.e., a universal serial bus (USB) connection. As described above, in accordance with various aspects of the present technology, the field programmable device 103 is configured to deliver current to various components including the laser mirror of the tunable laser 109 while performing various aspects of the present technology. Can communicate directly with the DAC 117 and communicate with an ADC 107 configured to monitor the electrode voltage and / or power detector to collect data from the tunable laser 109. Alternatively and / or in addition, the field programmable device 103 can monitor the tunable laser 109 thermistor and send the current control input to the tunable laser 109 TEC controller to provide a laser temperature transient. The state can be controlled. Further, the field programmable device 103 may perform various functions, methods, algorithms, or methodologies in accordance with aspects of the present disclosure, regardless of whether the field programmable device 103 is internal or external to the field programmable device 103. Data associated with controlling, monitoring, and communicating with the tunable laser 109 in one or more storage devices such as can be buffered or stored.

本開示の1つの態様では、本技術は、光通信システムのためのフィールドプログラマブルデバイス(例えば、FPGA、PLD、または同様のもの)を中心としたアーキテクチャとして見ることができる。したがって、1つまたは複数の本技術の実装形態は、ハードウェアのアーキテクチャおよび方法論またはアルゴリズム自体に対して最適化することができ、フィールドプログラマブルデバイス103内の本技術の様々な態様の処理において、わずかなオーバヘッドしか発生せず、したがって、連結されたADC107、DAC117およびストレージ111を往復するデータ転送は、とても効率的であり得る。   In one aspect of the present disclosure, the technology may be viewed as an architecture centered on a field programmable device (eg, FPGA, PLD, or the like) for an optical communication system. Accordingly, one or more implementations of the present technology can be optimized for the hardware architecture and methodology or the algorithm itself, and in processing various aspects of the present technology within the field programmable device 103, Data transfer to and from the concatenated ADC 107, DAC 117, and storage 111 can be very efficient.

別の態様では、本開示は、アプリケーションプログラミングインターフェース(API)を介してアクセス可能な、ソフトウェアによって動作可能な特徴を提供し、例えば、実際の通信量に基づいた、1つまたは複数のモジュールまたは処理の幅広いリアルタイムの制御およびモニタリングを提示する。このようなプログラミング性は、リアルタイムに帯域幅を拡大縮小すること、および別ルートで送信することによる光学層における前例のないレベルの柔軟性および即応性、所与の光ファイバの設備からのより高い帯域幅の抽出、ならびに、データセンタのネットワークを計画し、構築し、運用し、および維持することに関する複雑性および関連費用の削減をもたらす。2つ以上のファセットが光学的に利用可能である波長可変レーザの全ての態様に関する迅速な制御、あるいは、波長可変レーザおよび変調器、または光送受信機もしくは光サブアセンブリを組み合わせる集積型の送信フォトニック集積回路(PIC)のアセンブリが提供される。すなわち、本開示は、モジュール式の並列で独立した処理で、高速かつ再プログラム可能な制御を提供することができ、したがって、全ての制御、モニタリング、および通信の態様を扱うことができ、この態様の中では、システムのあらゆるサブモジュールを、他のモジュールまたは処理に影響を及ぼすことなく、交換し、修正し、プログラムすることができる。言い換えると、1つの態様では、制御、モニタリング、および通信のシステムは、フィールドプログラマブルデバイス内で走るように構成された、モジュール式の独立したおよび/または並列な処理を備えることができ、処理のそれぞれは、異なるクロックで走るように構成することができる。ゲートレベルでプログラム可能な方法で、全ての制御、モニタリング、および通信を走らせる利点によって、電力の低減、費用の削減、より広いクラスのアプリケーションにわたるより広範な使用、および、共通のプログラム可能なアーキテクチャ内の様々な種類の新しい制御モジュール(フィルタ、アナログ回路、ステートマシン、他)の導入をもたらすことができる。   In another aspect, the present disclosure provides a software operable feature accessible via an application programming interface (API), eg, one or more modules or processes based on actual traffic Presents a wide range of real-time control and monitoring. Such programmability is an unprecedented level of flexibility and responsiveness in the optical layer by scaling bandwidth in real time and transmitting separately, higher from a given fiber optic installation It provides bandwidth extraction and reduced complexity and associated costs associated with planning, building, operating and maintaining a data center network. Rapid control over all aspects of a tunable laser where two or more facets are optically available, or an integrated transmit photonic that combines a tunable laser and modulator, or optical transceiver or optical subassembly An integrated circuit (PIC) assembly is provided. That is, the present disclosure can provide fast and reprogrammable control in a modular, parallel and independent process, and thus can handle all control, monitoring, and communication aspects. Within, any sub-module of the system can be exchanged, modified and programmed without affecting other modules or processes. In other words, in one aspect, the control, monitoring, and communication system can comprise modular independent and / or parallel processing configured to run within the field programmable device, each of the processing Can be configured to run on different clocks. Benefits of running all control, monitoring, and communication in a gate-level programmable manner, reducing power, reducing costs, wider use across a wider class of applications, and a common programmable architecture Various types of new control modules (filters, analog circuits, state machines, etc.) can be introduced.

したがって、本開示は、マイクロプロセッサまたはマイクロコントローラを使用することなく、FPGA、PLD、または同様のものなどの、内部のフィールドプログラマブルデバイスを使用して、制御、モニタリング、通信、およびアルゴリズムの実装形態に対して提供することができ、波長可変レーザを較正するために使用される、外部のFPGAに対して同じファームウェアを使用することさえでき、これによって、波長可変レーザの較正速度を著しく速める。結果として生じる較正データは、その後、波長可変レーザを制御するために使用される波長制御のFPGAに移すことができ、製造中の較正、ならびに製造からネットワークへの導入まで波長可変レーザの使用に関する全ての態様にわたる、本明細書で説明するフィールドプログラマブルデバイスをベースとする技術およびファームウェアと同一の制御および再較正または再プログラムを行い、製造および所有にかかる費用を著しく減らし、ならびに性能を改善する。   Thus, the present disclosure uses internal field programmable devices, such as FPGAs, PLDs, or the like, without the use of a microprocessor or microcontroller to implement control, monitoring, communications, and algorithms. Alternatively, the same firmware can be used for an external FPGA that can be provided and used to calibrate the tunable laser, thereby significantly speeding up the calibration of the tunable laser. The resulting calibration data can then be transferred to a wavelength-controlled FPGA that is used to control the tunable laser, all about calibration during manufacturing, as well as the use of the tunable laser from manufacturing to network introduction. The same control and recalibration or reprogramming with the field programmable device-based technology and firmware described herein, over this aspect, significantly reduces manufacturing and ownership costs, and improves performance.

本開示の1つの態様では、フィールドプログラマブルデバイス103への通信インターフェースは、ゲートレベルの一般的なプログラミング、ならびに、高速な波長較正アルゴリズムを含む、本明細書で説明するアルゴリズムのいずれかのうちの1つを実装するために、フィールドプログラマブルデバイス103を通じて、波長可変レーザと相互作用するソフトウェア層を使用して、完全な波長可変レーザのソフトウェア制御、モニタリング、および較正を可能にするグラフィカルユーザインターフェース(GUI)および/またはアプリケーションプログラミングインターフェース(API)に対するインターフェースを提供することができ、使いやすさ、製造性、較正の速度、ならびに、他の製造業、システムインテグレーション、およびネットワークオペレーションシステムへの統合を可能にし、著しく費用を下げ、あらゆる従来の既存技術と比較して柔軟にする。較正ルーチンの速度は、約数分で、フィールドプログラマブルデバイス(例えば、FPGA、PLD、または同様のもの)を介して、アプリケーション層のインターフェースを使用して、現場での、またはリアルタイムの再較正を可能にすることさえできる。   In one aspect of the present disclosure, the communication interface to the field programmable device 103 is one of any of the algorithms described herein, including gate level general programming, as well as fast wavelength calibration algorithms. A graphical user interface (GUI) that allows software control, monitoring, and calibration of a fully tunable laser using a software layer that interacts with the tunable laser through a field programmable device 103 to implement one And / or an interface to an application programming interface (API) that can provide ease of use, manufacturability, speed of calibration, and other manufacturing, system integration, and Allowing integration into network operation system, significantly lowering the cost and flexibility as compared with any conventional existing techniques. Calibration routine speed is in minutes, allowing field or real-time recalibration using field layer devices (eg, FPGA, PLD, or similar) using application layer interface You can even

本開示の利点は、主制御としてマイクロコントローラまたはマイクロプロセッサを使用し、主にデータストレージおよび探索デバイスとしてFPGAを使用する既存技術に対する多くの著しい利点を含み得るが、これらに限定されるものではない。過去において、FPGAなどのフィールドプログラマブルデバイスのフットプリントおよび消費電力に関する機能としての性能は、リアルタイムのデータに要求される様々な機能を扱うため、および波長可変レーザのアプリケーションを制御するために、マイクロプロセッサに対する競争力があるものとみなされていなかった。しかし、近年、FPGA、PLD、または同様のものの技術を含む、フィールドプログラマブルデバイスの技術は、著しく進歩し、多くのマイクロコントローラまたはマイクロプロセッサをベースとする解決策よりも、制御し、モニタリングし、および通信するための好ましくてより柔軟な方法および装置になってきた。   The advantages of the present disclosure may include, but are not limited to, many significant advantages over existing technologies that use a microcontroller or microprocessor as the primary control and primarily use the FPGA as a data storage and search device. . In the past, performance as a function of footprint and power consumption of field programmable devices such as FPGAs has been addressed by microprocessors to handle various functions required for real-time data and to control tunable laser applications. Was not considered competitive. In recent years, however, field programmable device technology, including FPGA, PLD, or similar technology, has made significant progress, controlling, monitoring, and more than many microcontroller or microprocessor based solutions. It has become a preferred and more flexible method and apparatus for communicating.

例として、図1Bに示すように、FPGAなどのフィールドプログラマブルデバイスは、ハードコアであるマイクロコントローラまたはマイクロプロセッサなどのいくつかの集積回路と違い、製造後に現場で、またはリアルタイムでプログラムができる集積回路である。すなわち、FPGAは、プログラム可能な相互接続または配線回路を介して接続された、プログラム可能/設定可能な論理ブロックに基づいた半導体デバイスであり、これによって、製造後に、所望のアプリケーションまたは機能性の要求事項に対して、FPGAを再プログラム可能にすることができる。言い換えると、FPGAは、出力を生成するための入力において、データおよび信号で動作するようにFPGAにロードされた、ゲートおよびデバイスの相互接続に基づいたデバイスである。1つの実装形態では、フィールドプログラマブルデバイス103は、複数の設定可能な論理ブロック(CLB:configurable logic block)133、複数の入出力(I/O)ポート135、プログラム可能な相互接続137、他を備える、FPGA、PLD、または同様のものを含むことができる。それぞれの設定可能な論理ブロック133(CLB)は、桁上げ論理回路、入力参照テーブル、フリップフロップ、他などの様々な構成要素を含むことができる。FPGAの動作、ならびにFPGA上で走る異なる処理のクロック速度は、リアルタイムに変えることができ、したがって、多種多様な制御、モニタリング、フィードバック、通信、および他の機能は、FPGA内のハードウェアレベルの性能で実現することができる。したがって、例として、本開示の1つの態様によれば、フィールドプログラマブルデバイス(例えば、FPGA、PLD、または同様のもの)をベースとするアーキテクチャは、波長可変レーザまたは波長可変レーザをベースとしたモジュールに対して、並列な制御、モニタリング、および通信の処理を可能にすることができる。   As an example, as shown in FIG. 1B, a field programmable device such as an FPGA is an integrated circuit that can be programmed in the field after manufacture or in real time, unlike some integrated circuits such as a hard-core microcontroller or microprocessor. is there. That is, an FPGA is a semiconductor device based on programmable / configurable logic blocks connected via programmable interconnects or wiring circuits, thereby requiring a desired application or functionality after manufacture. For matters, the FPGA can be reprogrammable. In other words, an FPGA is a device based on gate and device interconnections that is loaded into the FPGA to operate on data and signals at the input to generate the output. In one implementation, the field programmable device 103 comprises a plurality of configurable logic blocks (CLBs) 133, a plurality of input / output (I / O) ports 135, a programmable interconnect 137, and others. , FPGA, PLD, or the like. Each configurable logic block 133 (CLB) can include various components such as carry logic, input lookup tables, flip-flops, and the like. The operation of the FPGA and the clock speeds of the different processes running on the FPGA can be changed in real time, so a wide variety of control, monitoring, feedback, communication, and other functions are available at the hardware level performance within the FPGA. Can be realized. Thus, by way of example, according to one aspect of the present disclosure, an architecture based on a field programmable device (e.g., FPGA, PLD, or the like) is incorporated into a tunable laser or a tunable laser based module. In contrast, parallel control, monitoring, and communication processing can be enabled.

さらに、図1Cに示すように、FPGAの回路の異なる領域を割り当てて、または使用して、個々のデバイス内に、異なるデータおよび/または制御機能を全て実装することができる。例として、図1Cでは、複数のデータおよび/または制御機能もしくはモジュールは、1つまたは複数のPLB内に、例えば、波長ロッキング151、波長マッピングおよび探索153、TEC制御155、自動出力制御(APC:automatic power control)157、PHD線幅制御159、通信I/O161、他を実装することができ、それぞれ、異なるクロック信号、例えば、クロック1、2、...6で走る。さらに、クロック信号(例えば、クロック5)でPDH線幅(LW)制御159などの新しいモジュールまたは処理は、リアルタイムに追加することができる。   Further, as shown in FIG. 1C, different areas of FPGA circuitry can be assigned or used to implement all the different data and / or control functions within individual devices. By way of example, in FIG. 1C, multiple data and / or control functions or modules may be located in one or more PLBs, eg, wavelength locking 151, wavelength mapping and search 153, TEC control 155, automatic power control (APC: (automatic power control) 157, PHD line width control 159, communication I / O 161, etc. can be implemented, each with a different clock signal, eg, clock 1, 2,. . . Run at 6. In addition, new modules or processes such as PDH line width (LW) control 159 with a clock signal (eg, clock 5) can be added in real time.

本開示の1つの態様では、本技術の様々な態様によって実現することができるいくつかの機能は、以下を含むことができるが、これらに限定されるものではない。
・送信された光信号のチャープを含み、波長可変レーザの出力波長および他のパラメータに基づいて制御を調節した、データ変調させた波長可変レーザの光学特性の制御、
・温度の影響を受ける構成要素(例えば、レーザ、エタロン、等)に関する温度のモニタリングおよび制御、
・(例えば、利得セクションおよび電圧制御した減衰器を調節することによる)レーザ出力パワーに関する制御および/または調節、
・温度の関数になることもできる電流−波長制御マップを埋め込むことにより、ミラー、共振器、位相セクション、および他の波長同調可能な部品を制御することによる波長可変レーザのレーザ波長の制御、
・波長ロッカの回路および機能の制御およびモニタリング。内部のマッピングは、波長ロッカを使用し、波長可変レーザの較正および再較正に応じてリアルタイムに変えることもできる、
・マイクロコントローラまたはマイクロプロセッサと比較されるような、状態サイズと同様な、より大きなFPGAのメモリ容量を要求する機能、
・互いに独立して動作することができ、所与のクロック速度で、シリアルの有限状態マイクロプロセッサと比較してより高い性能に至り、より高い耐障害性、個別に処理をオン、オフすることによる電力を管理する能力、ならびに、完全コードを書き直して再コンパイルする必要のない個別の更新処理を伴う並列処理、
・ホストの故障時の継続稼働(例えば、ホストが故障した場合に、ユニットが依然として動作し続けることができる制御インターフェース)、
・是正措置(例えば、レーザ出力パワーが低下するか、またはレーザ波長がシフトした場合、ロッカおよび他の機構に従って、FPGAが是正措置をとることができる)、ならびに
・異なるアプリケーションに適合するように再プログラムすることができる他の機能。したがって、1つのチップまたはより小さな電子チップのサブセットを、多種多様のアプリケーションおよびPIC、スイッチ、または送信機および受信機のサブアセンブリにわたって使用することができ、生産量を引き上げ、費用を低減し、ならびに最終的には消費電力およびサイズを小さくする。
In one aspect of the present disclosure, some functions that can be achieved by various aspects of the present technology can include, but are not limited to:
Control of the optical properties of the data-modulated tunable laser, including the chirp of the transmitted optical signal and adjusting the control based on the output wavelength of the tunable laser and other parameters;
Temperature monitoring and control for temperature sensitive components (eg lasers, etalons, etc.),
Control and / or adjustment on laser output power (eg by adjusting gain section and voltage controlled attenuator),
Control of the wavelength of a tunable laser by controlling mirrors, resonators, phase sections, and other wavelength tunable components by embedding a current-wavelength control map that can also be a function of temperature,
• Control and monitoring of wavelength locker circuits and functions. The internal mapping can also be changed in real time in response to tunable laser calibration and recalibration using a wavelength locker,
The ability to require a larger FPGA memory capacity, similar to the state size, as compared to a microcontroller or microprocessor;
Can operate independently of each other, at a given clock speed, leading to higher performance compared to serial finite state microprocessors, higher fault tolerance, by turning processing on and off individually The ability to manage power, as well as parallel processing with separate update processes that do not require rewriting and recompiling the complete code,
Continuous operation in the event of a host failure (eg, a control interface that allows the unit to continue to operate if the host fails),
Corrective action (eg if the laser output power is reduced or the laser wavelength is shifted, the FPGA can take corrective action according to the rocker and other mechanisms), and Other functions that can be programmed. Thus, a single chip or a smaller subset of electronic chips can be used across a wide variety of applications and PICs, switches, or transmitter and receiver subassemblies, increasing production, reducing costs, and Ultimately, power consumption and size are reduced.

上述したように、FPGA、PLD、または同様のものなどの、フィールドプログラマブルデバイス103内に実装することができるプログラム可能なファームウェアの機能のいくつかの例は、以下を含むことができるが、これらに限定されるものではない(以下の機能または例は、単独で、または他との組合せで実装することができる)。
・ホスト通信インターフェースおよびメモリマップ、
・波長の記憶および管理、
・外部の消去可能プログラマブルリードオンリメモリ(EPROM)に対するプログラマブルリードオンリメモリ(PROM)−シリアル周辺機器インターフェース(SPI)のフラッシュインターフェース、
・設定電流および電圧、
・光および電子ならびにフォトニック集積回路(PIC)のモニタリング、
・ボックスカー平均化装置、
・自動出力制御、
・波長ロッキング、
・(パウンドドレバホール(PDH)のような)線幅狭窄化のアルゴリズム、
・温度のモニタリングおよび制御、
・アラームおよびモニタリングの制御および通信、ならびに
・アプリケーションプログラミングインターフェース。
As noted above, some examples of programmable firmware features that can be implemented in the field programmable device 103, such as an FPGA, PLD, or the like, can include, but are not limited to: It is not limited (the following functions or examples can be implemented alone or in combination with others).
・ Host communication interface and memory map,
Wavelength storage and management,
Programmable read-only memory (PROM) to external erasable programmable read-only memory (EPROM) —Serial peripheral device interface (SPI) flash interface;
・ Set current and voltage,
Monitoring of optical and electronic and photonic integrated circuits (PIC),
・ Box car averaging device,
・ Automatic output control,
・ Wavelength locking,
-An algorithm for narrowing the line width (such as pounded hole (PDH)),
Temperature monitoring and control,
• Alarm and monitoring control and communication, and • Application programming interface.

上述したように、図1Cは、マイクロプロセッサまたはマイクロコントローラをベースとしたアーキテクチャを使用した波長可変レーザまたは送受信機の制御、モニタリング、および通信の典型的な実装形態を示した、図2に示すような、マイクロコントローラおよび/またはシリアルのステートマシンを使用した既存技術に対する利点を提供しながら、並列なモジュール式の処理として実装できる機能のうちのいくつかの方法の例を示している。図示のように、マイクロプロセッサまたはマイクロコントローラは、意図的に逐次的方法で機能、モジュール、または処理を実行し、例えば、波長マッピングおよび探索153、波長ロッキング151、APC157、TEC制御155、および通信I/O161を実行する。さらに、PDHのLW制御159などの新機能が(103に)追加された場合、コードは、マイクロプロセッサまたはマイクロコントローラのために再設計する必要がある。   As described above, FIG. 1C shows a typical implementation of tunable laser or transceiver control, monitoring, and communication using a microprocessor or microcontroller based architecture, as shown in FIG. FIG. 6 illustrates examples of some of the functions that can be implemented as parallel modular processing while providing advantages over existing technologies using microcontrollers and / or serial state machines. As shown, the microprocessor or microcontroller intentionally performs functions, modules, or processes in a sequential manner, eg, wavelength mapping and searching 153, wavelength locking 151, APC 157, TEC control 155, and communication I. / O161 is executed. Furthermore, if new features such as PDH LW control 159 are added (in 103), the code will need to be redesigned for the microprocessor or microcontroller.

しかし、上述したように、本開示の1つの態様によれば、本技術は、マイクロプロセッサまたはマイクロコントローラを使用することなく、異なるクロック信号で走るように構成された並列で独立したモジュールまたは処理として、波長可変レーザまたは送受信機の制御、モニタリング、および通信に関連する様々な機能、モジュール、または処理を実装することができるフィールドプログラマブルデバイス103(例えば、FPGA、PLD、または同様のもの)を提供する。   However, as described above, according to one aspect of the present disclosure, the technology is implemented as a parallel and independent module or process configured to run with different clock signals without the use of a microprocessor or microcontroller. Provides a field programmable device 103 (eg, FPGA, PLD, or the like) that can implement various functions, modules, or processes related to control, monitoring, and communication of a tunable laser or transceiver .

ホスト通信インターフェースおよびメモリマップ
本開示の1つの態様では、フィールドプログラマブルデバイス103は、IC間バス(I2C:Inter−IC bus)および/もしくはシリアル周辺機器インターフェース(SPI)、または他の独自プロトコルなどの、標準的なシリアルプロトコルを実装できるスレーブコントローラを含むことができる。あらゆるマイクロプロセッサ/マイクロコントローラまたはシステムオンチップ(SoC:system−on−chip)をベースとするシステムに対する本技術の利点は、本開示のスレーブコントローラは、ハードコアではないというものであり、したがって、フィールドプログラマブルデバイス103内のホストインターフェースの要求事項に適うように、容易に修正することができる。
Host Communication Interface and Memory Map In one aspect of the present disclosure, the field programmable device 103 is an inter-IC bus (I2C) and / or serial peripheral interface (SPI), or other proprietary protocol, such as A slave controller that can implement a standard serial protocol can be included. An advantage of the present technology over any microprocessor / microcontroller or system-on-chip (SoC) based system is that the slave controller of the present disclosure is not hard-core and therefore field programmable. It can be easily modified to meet the requirements of the host interface in the device 103.

例として、本開示の1つの態様では、レジスタマップアーキテクチャは、フィールドプログラマブルデバイス103に(または、外部だが連結して)実装することができる2つのデュアルポートのランダムアクセスメモリ(RAM:random access memory)、1つはレジスタマップ用、1つは波長テーブルのデータ用、に基づくことができる。さらに、レジスタマップに対するホストの読み書きは、レジスタテーブルのRAMの1つのポートに直接アドレス指定することができるが、波長テーブルのデータのアップロード/ダウンロードは、個々の波長テーブルの入力のためのパラメータを含む一連のレジスタを通じて遂行され、このデータを波長テーブルのRAM内の適切な場所にリダイレクトする。第2のRAMのポートは、RAMからデジタル/アナログ(DAC)データを更新し、アナログ/デジタル(ADC)のモニタリングデータをRAMへ読み出し、および、波長が変化したとき、またはシステムに命令されたときに波長テーブルのRAMからレーザ/変調器の制御パラメータを更新するために使用することができる。専用の制御論理回路は、マイクロコントローラまたはマイクロプロセッサを使用することなく、RAMからADC/DACへのトランザクションを実行することができる。フィールドプログラマブルデバイス103に実装された論理回路は、転送効率のためにさらに最適化することができ、予測可能な待ち時間を有し、非常に少ない待ち時間を要求するトランザクションを優先するように調整することができる。   By way of example, in one aspect of the present disclosure, a register map architecture is implemented with two dual-port random access memories (RAMs) that can be implemented in (or externally coupled to) the field programmable device 103. One for the register map and one for the wavelength table data. In addition, host reads and writes to the register map can be addressed directly to one port of the register table RAM, while the upload / download of wavelength table data includes parameters for entry of individual wavelength tables. This is accomplished through a series of registers that redirect this data to the appropriate location in the wavelength table RAM. The second RAM port updates digital / analog (DAC) data from RAM, reads analog / digital (ADC) monitoring data to RAM, and when the wavelength changes or when the system is commanded Can be used to update the laser / modulator control parameters from the wavelength table RAM. Dedicated control logic can perform RAM to ADC / DAC transactions without the use of a microcontroller or microprocessor. The logic circuit implemented in the field programmable device 103 can be further optimized for transfer efficiency, tailored to favor transactions that have predictable latency and require very low latency. be able to.

本開示の別の態様では、フィールドプログラマブルデバイス103の登録されたメモリマップは、フィールドプログラマブルデバイス103内に実装することができ、ホスト通信インターフェースを介して制御することができる。登録されたメモリマップは、制御システムの電流の状態を決めることができ、制御システムの電流の状態は、波長可変レーザのアセンブリの波長および出力パワーを特定する。制御システムの状態は、電極の電流、バイアス電圧、デバイスの動作温度、ならびに、例えば、TECのPID制御ループおよび波長ロッカのような、波長可変レーザに関連した様々な設定可能な設定の結果である可能性がある。これらの個別に設定可能なモジュールまたは処理の全ては、変更することができ、マイクロプロセッサまたはマイクロコントローラを使用することなく、フィールドプログラマブルデバイス103の登録されたメモリマップ内の適切なレジスタに書き込むことによって、または、適切なレジスタから読み出すことによって、モニタリングすることができる。   In another aspect of the present disclosure, the registered memory map of the field programmable device 103 can be implemented in the field programmable device 103 and can be controlled via a host communication interface. The registered memory map can determine the current state of the control system, which specifies the wavelength and output power of the tunable laser assembly. The state of the control system is the result of electrode current, bias voltage, device operating temperature, and various configurable settings associated with the tunable laser, such as, for example, the TEC PID control loop and wavelength locker. there is a possibility. All of these individually configurable modules or processes can be changed by writing to the appropriate registers in the registered memory map of the field programmable device 103 without using a microprocessor or microcontroller. Or by reading from the appropriate register.

例として、UARTを介したレジスタの書込み動作の実装形態の例を、図3に示す。この実施形態では、UARTを使用してI2Cデバイスに通信することができる。図3に示すように、フィールドプログラマブルデバイス103は、UART文字列(例えば、ホストからフィールドプログラマブルデバイスにUART Tx)を介してホストまたはホストコントローラ101からコマンドを受け取り、このUART文字列は、ホストまたはホストコントローラにエコーバック(例えば、フィールドプログラマブルデバイスからホストにUART Rx)され、次にコマンドは翻訳され、I2Cコマンドは、フィールドプログラマブルデバイス103に連結されたI2Cバス上でレジスタのインターフェースに投入される。その後、UARTは、書き込まれたデータと共に文字列を送り返す。この実施形態において、1回のレジスタの書込みサイクルに対し、およそ1.2msかかる可能性がある。   As an example, FIG. 3 shows an example of implementation of a register write operation via UART. In this embodiment, UART can be used to communicate to the I2C device. As shown in FIG. 3, the field programmable device 103 receives a command from the host or the host controller 101 via a UART character string (for example, UART Tx from the host to the field programmable device). Echoed back to the controller (eg, UART Rx from the field programmable device to the host), then the command is translated, and the I2C command is entered into the register interface on the I2C bus coupled to the field programmable device 103. Thereafter, the UART sends back a character string together with the written data. In this embodiment, it can take approximately 1.2 ms for a single register write cycle.

自動出力制御(APC)
本開示の1つの態様では、自動出力制御(APC)機能またはループは、フィールドプログラマブルデバイス103内に並列で独立したモジュールまたは処理として実装することができる。APC制御機能またはループは、波長可変レーザ(例えば、U−レーザ)内の半導体光増幅器(SOA:semiconductor optical amplifier)の電流の比率も維持しながら指令されたレベルでレーザ出力パワーを動的に維持し、波長可変レーザは適正な変調に要求されるマッハツェンダー(Mach Zehnder)型変調器区間内の光電流の平衡を維持する。図4は、APCおよびAPCループを可能にする部品と共に、WO2014/107537として、2014年7月10日に公開された米国特許出願第61/748,415号に記載されたような、PICの同調可能な変調器の例のブロック図を示している。さらに、FPGA、PLD、または同様の技術などのフィールドプログラマブルデバイスの技術を使用した外部の制御機能またはループのブロック図の例も図5に示す。
Automatic output control (APC)
In one aspect of the present disclosure, automatic output control (APC) functions or loops can be implemented in the field programmable device 103 as parallel independent modules or processes. The APC control function or loop dynamically maintains the laser output power at the commanded level while also maintaining the current ratio of the semiconductor optical amplifier (SOA) in the tunable laser (eg, U-laser). However, the tunable laser maintains the balance of photocurrent in the Mach Zehnder type modulator section required for proper modulation. FIG. 4 shows the tuning of a PIC, as described in US patent application Ser. No. 61 / 748,415, published Jul. 10, 2014, as WO 2014/107537, with components that enable APC and APC loops. FIG. 2 shows a block diagram of an example of a possible modulator. In addition, an example of a block diagram of an external control function or loop using field programmable device technology such as FPGA, PLD, or similar technology is also shown in FIG.

本開示の1つの態様では、(図1Aに示したフィールドプログラマブルデバイス103と同様の)フィールドプログラマブルデバイス531は、平均化フィルタ533、SOA平衡535、ループフィルタ537、およびDAC制御539を含むことができる。例では、平均化フィルタ533、SOA平衡535、ループフィルタ537、およびDAC制御539は、フィールドプログラマブルデバイス531内に、1つまたは複数の並列で独立したモジュールまたは処理としてデジタル的に全て実装することができる。フィールドプログラマブルデバイス531(例えば、FPGAもしくはPLD、または同様の技術)は、これらの機能を、最適に、ならびに少ない一定の待ち時間および高ノイズ耐性性で実行することを可能にするように構成される。さらに、例では、電流DAC551および電流ADC559は、フィールドプログラマブルデバイス531に、外側ではあるが連結して設置することができ、フィールドプログラマブルデバイス531は、外部電流DAC(例えば、電流DAC551)を通じて、レーザのSOA電流を波長可変レーザ(例えば、U−レーザ553)に送る。検出器557を介してマッハツェンダー型変調器555の2つの区間から検出された光パワーは、外部のADC559でデジタル化してフィールドプログラマブルデバイス531に入力することができ、フィールドプログラマブルデバイス531は、まず、検出された光パワーを平均化フィルタ533を通じてレスポンスを平準化し、アナログ経路で拾い上げたノイズをフィルタにかける。   In one aspect of the present disclosure, a field programmable device 531 (similar to the field programmable device 103 shown in FIG. 1A) may include an averaging filter 533, a SOA balance 535, a loop filter 537, and a DAC control 539. . In an example, the averaging filter 533, the SOA balance 535, the loop filter 537, and the DAC control 539 may all be digitally implemented in the field programmable device 531 as one or more parallel independent modules or processes. it can. Field programmable device 531 (eg, FPGA or PLD, or similar technology) is configured to allow these functions to be performed optimally and with low constant latency and high noise immunity. . Further, in the example, the current DAC 551 and the current ADC 559 can be installed on the field programmable device 531 in an externally coupled manner, and the field programmable device 531 can be connected to the laser through an external current DAC (eg, the current DAC 551). The SOA current is sent to a tunable laser (eg, U-laser 553). The optical power detected from the two sections of the Mach-Zehnder type modulator 555 via the detector 557 can be digitized by the external ADC 559 and input to the field programmable device 531. The response of the detected optical power is leveled through the averaging filter 533, and the noise picked up by the analog path is filtered.

フィルタ後の検出電力はSOA平衡535に入力され、SOA平衡535は、波長テーブル(図示せず)から提供されたデフォルトのSOA電流から開始し、次に、検出電力を計測し、平衡MZMの出力を維持するためにSOA電流の適正な比率を特定する。この比率は、マッハツェンダー型変調器555の区間1からの電力であるTx電力、および変調器の2つの区間の電力の合計である全体電力と共に、ループフィルタ537に送られる。線形ループフィルタ537は、所望のTx電力に到達するまでSOA1電流とSOA2電流の比率を維持しながら、SOA1電流およびSOA2電流を一定のステップで調節するように構成することができる。SOA1またはSOA2の大きい方の最初のステップの大きさは、増分を1000μAにすることができる。出力パワーが1つの増分1000μAの範囲内にあるとき、ステップの大きさを125μAに減らすことができ、最後の「副尺」検索は、出力パワーが1つのステップ125μAの範囲内になるまで行うことができる。計測電力が2カウント、すなわち250μAを越えて変化する場合、副尺検索を再び続ける。しかし、波長可変レーザを再び初期化した(例えば、オフにした後、オンにした)場合、副尺検索に続いて主尺検索を再び始めることができる。   The filtered detected power is input to SOA balance 535, which starts with a default SOA current provided from a wavelength table (not shown), then measures the detected power and outputs the balanced MZM output To maintain a proper ratio of SOA currents. This ratio is sent to the loop filter 537 together with the Tx power that is the power from section 1 of the Mach-Zehnder modulator 555 and the total power that is the sum of the power of the two sections of the modulator. The linear loop filter 537 can be configured to adjust the SOA1 and SOA2 currents in certain steps while maintaining the ratio of SOA1 and SOA2 currents until the desired Tx power is reached. The magnitude of the larger first step of SOA1 or SOA2 can be incremented to 1000 μA. When the output power is in the range of one increment of 1000 μA, the step size can be reduced to 125 μA, and the final “vernal” search should be done until the output power is in the range of one step 125 μA. Can do. If the measured power changes by more than 2 counts, ie 250 μA, the vernier search is continued again. However, if the tunable laser is reinitialized (eg, turned off and then on), the main scale search can be resumed following the vernier search.

論理的に、SOA電流は、SOA電流の電気的および熱的効果を通じて、レーザ波長の同調および安定性に影響を及ぼすことがあるということにも留意されたい。SOA電流が変化すると、SOAの制御回路は、レーザの利得セクション、レーザ位相セクション、およびミラーセクションを制御する回路に影響を及ぼす可能性があり、したがって、波長の同調および安定性に影響を及ぼす可能性がある。さらに、SOA電流の変化は、ミラーの性能に影響を及ぼすミラーの周辺の温度の安定性に影響を及ぼす可能性があり、同様にして、SOA電流の変化は、波長の同調および安定性に影響を及ぼす。   It should also be noted that logically, the SOA current can affect the tuning and stability of the laser wavelength through the electrical and thermal effects of the SOA current. As the SOA current changes, the SOA control circuitry can affect the circuitry that controls the laser gain, laser phase, and mirror sections, and thus can affect wavelength tuning and stability. There is sex. Furthermore, changes in the SOA current can affect the temperature stability around the mirror, which affects mirror performance, and similarly, changes in the SOA current affect wavelength tuning and stability. Effect.

フィールドプログラマブルデバイス531におけるAPC機能の1つの実装形態では、SOAの電力は、出力パワーを維持するために、リアルタイムの制御ループを使用して波長ごとに比例して調節することができる。データの計測は、APCおよび波長ロッカのモジュールが協調して動作するので、SOAの小さな増分調節が、波長に著しく影響を及ぼさない可能性があるということを示した。   In one implementation of the APC function in the field programmable device 531, the power of the SOA can be adjusted proportionally for each wavelength using a real-time control loop to maintain the output power. Data measurements showed that small incremental adjustments in the SOA may not significantly affect the wavelength because the APC and wavelength locker modules operate in concert.

本開示の1つの態様では、波長およびパワーの安定性は、以下のように例として要約することができる。

Figure 2018502485
In one aspect of the present disclosure, wavelength and power stability can be summarized as an example as follows.
Figure 2018502485

自動波長マッピング(AWM)
光レーザモジュールの消費電力を削減する際の制限因子のうちのひとつは、特定の正確さの範囲内にレーザ発振波長を維持するために、稼働中にレーザの温度を安定化させる必要があるということである。典型的には、レーザが±0.05℃の範囲内で安定する必要があり、特に温度範囲の極端な地域(典型的な温度範囲が−5℃から70℃)では、温度の安定化を容易にするように構成された熱電冷却器(TEC)は、この基準値を満たすために、著しい量の電力を消費する可能性がある。例えば、レーザが温度20℃である必要があり、環境が70℃のとき、レーザのパッケージが80℃から85℃であることを意味し、TECは、60℃から65℃の範囲の温度ギャップに跨る必要がある。
Automatic wavelength mapping (AWM)
One of the limiting factors in reducing the power consumption of optical laser modules is that the laser temperature needs to be stabilized during operation in order to maintain the lasing wavelength within a certain accuracy range That is. Typically, the laser needs to be stable within a range of ± 0.05 ° C, especially in extreme regions of the temperature range (typical temperature range is -5 ° C to 70 ° C). Thermoelectric coolers (TECs) that are configured to facilitate can consume significant amounts of power to meet this baseline value. For example, when the laser needs to be at a temperature of 20 ° C. and the environment is 70 ° C., this means that the laser package is between 80 ° C. and 85 ° C., and the TEC has a temperature gap in the range of 60 ° C. to 65 ° C. It is necessary to straddle.

本開示の1つの態様では、TECの負荷を削減する手段、および、いくつかの例において負荷を完全に取り除く手段は、レーザ制御電流を一定の状態に保ってレーザを安定化させる代わりに、レーザ制御電流を自動的に温度に適応させることによって、提供することができる。さらに、実施形態を例示するために、20℃でレーザを動作させる代わりに、レーザを60℃で動作させてもよく、したがって、レーザ温度からレーザパッケージ温度までのギャップを20℃から25℃までに削減することができる。これは、計測温度に基づいて、および、FPGA、PLD、または同様のものなどのフィールドプログラマブルデバイス(531もしくは103)に事前に格納されたテーブル間を移動することによって、または、いくつかのアルゴリズムおよびフィッティング関数を使用して温度波長マップ間に外挿することによって、「動的に」行うことができる。波長可変レーザの動的な温度設定の効果は、(i)波長可変レーザと光送信機のケース温度との間の温度のデルタ(すなわち、差)は、ケース温度の変化として波長可変レーザの設定温度を調節することによって、できるだけ小さく維持することができるので、光送信機の消費電力の全体的な削減を含むことができ、(ii)光送信機の動作温度の範囲は、レーザ温度をいくつかの温度の値に設定する既存技術と比較して広げることができる。   In one aspect of the present disclosure, the means for reducing the load on the TEC, and in some instances the means for completely removing the load, are provided by the laser instead of keeping the laser control current constant and stabilizing the laser. The control current can be provided by automatically adapting to the temperature. Further, to illustrate the embodiment, instead of operating the laser at 20 ° C., the laser may be operated at 60 ° C., so the gap from the laser temperature to the laser package temperature is between 20 ° C. and 25 ° C. Can be reduced. This is based on measured temperature and by moving between tables pre-stored in a field programmable device (531 or 103) such as FPGA, PLD or the like, or some algorithms and This can be done “dynamically” by extrapolating between temperature wavelength maps using a fitting function. The effect of dynamic temperature setting of the wavelength tunable laser is that (i) the temperature delta (ie, the difference) between the wavelength tunable laser and the optical transmitter case temperature is set as the change in case temperature. By adjusting the temperature, it can be kept as small as possible, so it can include an overall reduction in the power consumption of the optical transmitter, and (ii) the operating temperature range of the optical transmitter can vary the laser temperature It can be expanded compared to existing technologies that set the temperature value.

図6A〜図6Cは、3つの異なる温度(例えば、20℃、30℃、および40℃)で波長可変レーザのレーザミラー電流を同調することによって取得された利得電圧マップの例を示している。本開示では、この3つの異なる温度を較正温度と呼ぶことができる。1つの態様では、同調点または波長は、全体として参照によって本明細書に援用される米国特許出願第62/073,713号、および対応する実用特許出願に記載されたアルゴリズムなどの、1つまたは複数の較正アルゴリズムを使用してそれぞれのマップに対して識別され、FPGAにロードされる。   6A-6C show examples of gain voltage maps obtained by tuning the laser mirror current of a tunable laser at three different temperatures (eg, 20 ° C., 30 ° C., and 40 ° C.). In the present disclosure, these three different temperatures can be referred to as calibration temperatures. In one aspect, the tuning point or wavelength is one or more, such as the algorithms described in US Patent Application No. 62 / 073,713 and the corresponding utility patent application, which are incorporated herein by reference in their entirety. Multiple calibration algorithms are used to identify for each map and load into the FPGA.

例えば、図6Aは、2つのミラーを有する波長可変レーザのレーザミラー電流を、温度20℃で同調することによって取得された利得電圧マップの例を示す。例では、利得電圧マップは、2つのミラー電流の値が変化するときに光出力電力を観測することによって生成される。さらに、利得電圧マップの全ての最小値は、様々な処理を介して、波長可変レーザが最大パワーを出力している点として識別することができ、したがって、関連する波長を抽出することができる。この抽出波長(または、レーザ発振波長のピーク)は、波長可変レーザの処理を同調し較正するために使用することができる。同様に、温度30℃および40℃で、対応する利得電圧マップを、図6Bおよび図6Cに示すようにそれぞれ生成することができる。例では、利得電圧マップは、温度の値に基づいて異なるということに留意されたい。   For example, FIG. 6A shows an example of a gain voltage map obtained by tuning the laser mirror current of a tunable laser having two mirrors at a temperature of 20 ° C. In the example, the gain voltage map is generated by observing the optical output power as the two mirror current values change. Furthermore, all the minimum values of the gain voltage map can be identified as the point at which the tunable laser is outputting maximum power through various processes, and thus the associated wavelengths can be extracted. This extracted wavelength (or peak of lasing wavelength) can be used to tune and calibrate the tunable laser process. Similarly, at temperatures of 30 ° C. and 40 ° C., corresponding gain voltage maps can be generated as shown in FIGS. 6B and 6C, respectively. Note that in the example, the gain voltage map varies based on the temperature value.

本開示の1つの態様では、自動波長マッピング処理は、フィールドプログラマブルデバイス103または531内に並列で独立したモジュールまたは処理として実装することができ、異なる較正温度で制御ループがデータを使用できるように構成することができる。レーザミラーに対する同調電流の調節は、1つまたは複数のアルゴリズムを使用して行うことができ、同調マップ(または利得電圧マップ)からの点は、以下にさらに詳細に説明し、同様に図7Aおよび図7Bに示す。利得電圧マップからミラー電流の温度依存を推定することができ、解析近似を導出することができる。次に、ミラー電流の温度依存は、波長可変レーザ自体の詳細な知識が与えられる、異なる温度における3つ以下の利得電圧マップから導出することができる。   In one aspect of the present disclosure, the automatic wavelength mapping process can be implemented as a parallel independent module or process within the field programmable device 103 or 531 and configured to allow the control loop to use the data at different calibration temperatures. can do. Adjustment of the tuning current for the laser mirror can be done using one or more algorithms, and points from the tuning map (or gain voltage map) are described in more detail below, as well as in FIGS. Shown in FIG. 7B. The temperature dependence of the mirror current can be estimated from the gain voltage map, and an analytical approximation can be derived. Next, the temperature dependence of the mirror current can be derived from no more than three gain voltage maps at different temperatures given detailed knowledge of the tunable laser itself.

例として、温度tの関数としてのミラー電流、Imirror、の特性は、以下に示すように、2次多項式によって正確に近似することができる。
mirror(t)=at+bt+c
ただし、a、b、およびcは、所与の波長に対して特異であることも特異でないこともある定数であり、tはレーザの温度である。したがって、それぞれのチャネルは、変化する温度に伴い、ミラー電流を正確に印加するために、チャネルに関する追加のパラメータを要求することもあれば要求しないこともある。
As an example, the characteristic of the mirror current, I mirror , as a function of temperature t can be approximated accurately by a second order polynomial as shown below.
I mirror (t) = at 2 + bt + c
Where a, b, and c are constants that may or may not be singular for a given wavelength, and t is the temperature of the laser. Thus, each channel may or may not require additional parameters for the channel to accurately apply the mirror current with varying temperatures.

上述したように、図7Aおよび図7Bに、温度に対する波長1542.02nmおよび1577.16nmにおける2つのレーザミラー電流に対する同調近似値の例を提供する。ミラー電流の例では、左の曲線上の30℃超の連続した電流、および、図7Bの底部に示すように、1つのミラー電流が最大許容電流を超え、曲線として折り返している、ラップアラウンドの状況を観測することができる。後者は場合によっては望ましくなく、したがって、左の曲線上の連続した電流の例は、使用するためのただ1つの実現可能な選択肢である可能性がある。したがって、2つの選択肢を用いた場合、「ラップアラウンド」の状況を避けることができる2つの選択肢、つまり、(i)利得電圧走査を行うと、一般にそれぞれの波長を何度も発見し、したがって、ラップアラウンドチャネルのいくつかを取り除くことができ、さらに、(ii)ミラーは、より高い電流限界を有することができ、残りのラップアラウンドチャネルを除去する、という選択肢があり得る。一般的に、後者は温度が一定のとき、ラップアラウンドを完全に容認できる(この場合、チャネルが変化するときだけ電流が変化し、著しい電流変化が容認できる)ので、電力消費量が削減されるのを回避する。温度が一定でないとき、ミラー電流は、増加する可能性があり、したがって、TEC電力を節約する量と比較すると電力にかかる費用は最小になるので、PICの電力消費量も増加する。   As described above, FIGS. 7A and 7B provide examples of tuning approximations for two laser mirror currents at wavelengths 1542.02 nm and 1577.16 nm versus temperature. In the example of the mirror current, a continuous current over 30 ° C. on the left curve, and one mirror current exceeds the maximum allowable current as shown at the bottom of FIG. The situation can be observed. The latter may not be desirable in some cases, so the example of a continuous current on the left curve may be the only viable option to use. Thus, with the two options, two options that can avoid the “wraparound” situation are: (i) performing a gain voltage scan generally finds each wavelength many times, and therefore Some of the wraparound channels can be removed, and (ii) the mirror can have a higher current limit and there may be an option to remove the remaining wraparound channels. In general, the latter can fully tolerate wraparound when the temperature is constant (in this case, the current changes only when the channel changes, and a significant current change is acceptable), thus reducing power consumption. To avoid. When the temperature is not constant, the mirror current can increase and therefore the power consumption of the PIC also increases as the cost of power is minimized compared to the amount that saves TEC power.

さらに、図6A〜図6Cから分かるように、異なる利得電圧マップは、異なる温度上で観測されるということに留意されたい。本明細書で説明するように、波長可変レーザの自動波長マッピング、同調、および較正の様々な態様は、1つまたは複数の並列で独立したモジュールまたは処理として、フィールドプログラマブルデバイス103または531内に実装することができ、その後、異なる較正温度でデータを(例えば、レーザ発振波長などに関するデータを)使用するように構成することができる。さらに、本開示の1つの態様では、異なる温度で観測された利得電圧マップを使用して、異なる温度で波長可変レーザのレーザ発振波長を特定することができる。また、波長可変レーザの温度は、現場で、フィールドプログラマブルデバイス内の1つまたは複数の現在走っている処理を介して、または、以下に説明する1つまたは複数のグラフィカルユーザインターフェースを通じて制御することによって、適応的に変えることができる。あるいは、レーザミラー電流は、利得電圧マップに基づいて、異なる温度で、自動的に適応することができる(同様に本明細書では、レーザミラー電流の適応と呼ぶ)。   Furthermore, as can be seen from FIGS. 6A-6C, it should be noted that different gain voltage maps are observed at different temperatures. As described herein, various aspects of automatic wavelength mapping, tuning, and calibration of a tunable laser are implemented in field programmable device 103 or 531 as one or more parallel independent modules or processes. Can then be configured to use data (eg, data relating to lasing wavelength, etc.) at different calibration temperatures. Furthermore, in one aspect of the present disclosure, the gain voltage map observed at different temperatures can be used to identify the lasing wavelength of the tunable laser at different temperatures. Also, the temperature of the tunable laser can be controlled in the field, via one or more currently running processes in the field programmable device, or through one or more graphical user interfaces described below. Can be adaptively changed. Alternatively, the laser mirror current can be automatically adapted at different temperatures based on the gain voltage map (also referred to herein as laser mirror current adaptation).

本開示の1つの態様では、遠隔操作者は、フィールドプログラマブルデバイス103または531(例えば、FPGAもしくはPLD、または同様のもの)内に埋め込まれた処理を通じて波長可変レーザのレーザ電流および温度の設定に伝達するように構成された様々なグラフィカルユーザインターフェース(GUI)を介して、波長可変レーザのパラメータ設定を完全に制御することができる。例えば、遠隔操作者は、異なる温度設定で様々なパラメータ設定を変更することができ、光出力のスペクトルを観測することができる。例では、図8A〜図11Bは、GUIを介した操作者の制御の下、それぞれの出力スペクトルと共に、23℃、30℃、および40℃でレーザ電流および温度の設定を制御するように構成することができるGUIを示す。   In one aspect of the present disclosure, the remote operator communicates the laser current and temperature settings of the tunable laser through a process embedded in the field programmable device 103 or 531 (eg, FPGA or PLD, or the like). The parameter settings of the tunable laser can be fully controlled through various graphical user interfaces (GUIs) configured to do this. For example, the remote operator can change various parameter settings at different temperature settings and observe the spectrum of light output. In the example, FIGS. 8A-11B are configured to control the laser current and temperature settings at 23 ° C., 30 ° C., and 40 ° C., along with their respective output spectra, under operator control via the GUI. It shows the GUI that can.

1つの実装形態では、GUIの機能は、1つまたは複数の無線技法を介してシステムに接続された、または、遠く離れたサイトまたは場所から光伝送路でシステムに接続された、フィールドプログラマブルデバイス、またはフィールドプログラマブルデバイスを含むシステム内に統合することができる。具体的には、GUIの制御機能は、光送信機(または送受信機)のAPI、I2C、GPIO、または他を含む1つまたは複数の通信インターフェースを介して、システムで実行することができる。また、1つまたは複数の制御信号は、システムのGUI、1つまたは複数の無線技法を介してシステムに接続されたGUI、または、1つまたは複数の制御信号が遠く離れたサイトの別のシステムのGUIから来る、光伝送路でシステムに接続されたGUIから供給することができる。さらに、1つまたは複数の制御信号が、遠く離れたサイトの別のシステムのGUIから来るとき、システムの光受信機は、システムの波長を制御するために、直接、入力信号を読み込み、復号することができる。あるいは、遠く離れたサイトの別のシステムのGUIからの1つまたは複数の制御信号は、システムに連結されたホストによって受け取り、復号することができ、その後、システムの波長を制御するために、1つまたは複数のコマンドを発行することができる。   In one implementation, the functionality of the GUI is a field programmable device connected to the system via one or more wireless techniques, or connected to the system via an optical transmission line from a remote site or location, Or it can be integrated into a system containing field programmable devices. Specifically, GUI control functions can be performed in the system via one or more communication interfaces including API, I2C, GPIO, or others of the optical transmitter (or transceiver). Also, the one or more control signals may be a system GUI, a GUI connected to the system via one or more radio techniques, or another system at a site where one or more control signals are far away. Can be supplied from a GUI connected to the system via an optical transmission line. In addition, when one or more control signals come from another system's GUI at a remote site, the system's optical receiver reads and decodes the input signal directly to control the system's wavelength. be able to. Alternatively, one or more control signals from another system's GUI at a remote site can be received and decoded by a host coupled to the system, and then 1 to control the wavelength of the system. One or more commands can be issued.

例として、図8Aは、レーザミラー電流の適応が可能な状態の、温度の値23℃に対するGUI制御831からのレーザ電流および温度の設定を示し、図8Bは、対応する光スペクトル出力833を示す。図9Aは、レーザミラー電流の適応がない状態の、温度の値30℃に対するGUI制御931からのレーザ電流および温度の設定を示し、図9Bは、対応する光スペクトル出力933示す。図10Aは、レーザミラー電流の適応が可能な状態の、温度の値30℃に対するGUI制御1031からのレーザ電流および温度の設定を示し、図10Bは、対応する光スペクトル出力1033を示す。図11Aは、レーザミラー電流の適応が可能な状態の、温度の値40℃に対するGUI制御1131からのレーザ電流および温度の設定を示し、図11Bは、対応する光スペクトル出力1133を示す。   As an example, FIG. 8A shows the laser current and temperature settings from the GUI control 831 for a temperature value of 23 ° C., with the laser mirror current being adaptable, and FIG. 8B shows the corresponding optical spectral output 833. . FIG. 9A shows the laser current and temperature settings from the GUI control 931 for a temperature value of 30 ° C. with no laser mirror current adaptation, and FIG. 9B shows the corresponding optical spectral output 933. FIG. 10A shows the laser current and temperature settings from the GUI control 1031 for a temperature value of 30 ° C., with the laser mirror current being adaptable, and FIG. 10B shows the corresponding optical spectral output 1033. FIG. 11A shows the laser current and temperature settings from the GUI control 1131 for a temperature value of 40 ° C., with the laser mirror current being adaptable, and FIG. 11B shows the corresponding optical spectral output 1133.

上述したように、温度の値23℃および40℃に対しては、電流補正機能が可能な状態のみが示されており、一方で、30℃に対しては、電流補正がある状態およびない状態の両方の状態のレーザ電流の設定およびスペクトルの例が示されている。30℃については、レーザミラー電流の適応が可能な状態では、光スペクトル出力が1577.160nmに集中しており、一方、レーザミラー電流の適応が可能でない状態では、光スペクトル出力が1578.040nmに集中しているということに留意されたい。したがって、本開示は、図8A、図9A、図10Aおよび図11Aに示すような1つまたは複数のGUIを介して、波長可変レーザの様々なパラメータ設定、ならびに、フィールドプログラマブルデバイス内で並列に走る1つまたは複数の処理に関する操作パラメータを制御するための拡張能力を、遠く離れた場所の(例えば、ホストデバイスの)操作者に、提供することができる。   As described above, for the temperature values 23 ° C. and 40 ° C., only the state in which the current correction function is possible is shown, while for 30 ° C., the state with and without current correction is shown. Examples of laser current settings and spectra for both states are shown. At 30 ° C., the optical spectrum output is concentrated at 1577.160 nm when the laser mirror current is adaptable, while the optical spectrum output is at 1578.040 nm when the laser mirror current is not adaptable. Note that it is concentrated. Accordingly, the present disclosure runs in parallel within a field programmable device, as well as various parameter settings of the tunable laser, via one or more GUIs as shown in FIGS. 8A, 9A, 10A and 11A. Extended capabilities to control operational parameters for one or more processes can be provided to an operator at a remote location (eg, at a host device).

線幅低減アルゴリズム−デジタル信号処理
本開示の1つの態様では、線幅低減アルゴリズムは、FPGA、PLD、または同様のものなどの、フィールドプログラマブルデバイス103または531内に並列で独立したモジュールまたは処理として、デジタル的に実装することができる。例として、パウンドドレバホール(PDH)技法などの線幅低減アルゴリズムは、安定したキャビティに対してロッキングすることによって波長可変レーザからの光の周波数を安定化させるための広範に使用される強力な手法である。PDH技法のためのアプリケーションの範囲は広く、干渉計型重力波検出器、原子物理学、および時間計測基準を含むことができ、これらの多くは、周波数変調分光などの関連技法も使用する。
Linewidth Reduction Algorithm—Digital Signal Processing In one aspect of the present disclosure, the linewidth reduction algorithm is implemented as a parallel independent module or process within the field programmable device 103 or 531, such as an FPGA, PLD, or the like. Can be implemented digitally. As an example, linewidth reduction algorithms such as the pounded hole (PDH) technique are widely used and powerful to stabilize the frequency of light from a tunable laser by locking against a stable cavity. It is a technique. The range of applications for PDH techniques is broad and can include interferometric gravitational wave detectors, atomic physics, and time measurement standards, many of which also use related techniques such as frequency modulation spectroscopy.

図12は、アナログPDH制御システムの典型的な実装形態を示す。レーザ1201からの放射光は、スプリッタ1211によっていくつかの比率で分離され、1つの部分は、外部クロック供給源1213を使用して変調された位相である。位相変調信号は、サーキュレータ1215を通じて、ファブリ−ペロー(Fabry−Perot)フィルタ1217に送られ、ファブリ−ペローフィルタ1217からの反射光は、光検知器1221によって検出され、その後、エラー信号1223を生成するために元のクロック供給源の信号とミックスされる。次に、エラー信号1223は信号処理され、レーザ上で使用して位相収差を矯正し、したがって、信号の線幅を削減する。上述したように、本開示の1つの態様では、図13に示すように、PDHのフィードバックループは、高ビットレートのコヒーレント通信のために、フィールドプログラマブルデバイス内に並列で独立したモジュールまたは処理として実装することができる。   FIG. 12 shows an exemplary implementation of an analog PDH control system. The emitted light from the laser 1201 is separated by a splitter 1211 in several ratios, one part being phase modulated using an external clock source 1213. The phase-modulated signal is sent through a circulator 1215 to a Fabry-Perot filter 1217, and the reflected light from the Fabry-Perot filter 1217 is detected by a photodetector 1221 and then generates an error signal 1223. Therefore, it is mixed with the original clock source signal. The error signal 1223 is then signal processed and used on the laser to correct phase aberrations and thus reduce the line width of the signal. As described above, in one aspect of the present disclosure, as shown in FIG. 13, the PDH feedback loop is implemented as a parallel, independent module or process in a field programmable device for high bit rate coherent communication. can do.

本開示の1つの態様では、光検出システムとして波長ロッカのシステムを使用する100Gbpsの送信機を用いるシステムの例を、図13に示している。コヒーレント通信、および他の高ビットレート通信(ならびにスペクトル的に効率的な通信システム)に要求される線幅狭窄化または低減のための本開示の利点は、他の制御ループ処理から独立したクロック速度で走り、所望の線幅に最適化されたFPGA、PLD、または同様のものなどのフィールドプログラマブルデバイス103または531内に並列で独立したモジュールまたは処理として、制御回路を実装することができるということを含むことができる。さらに、1つの実装形態では、他の目的、例えば、波長ロッカ1323のために使用される同じ光学素子、オプトエレクトロニクス、アナログ電子機器、およびアナログ/デジタル回路は、線幅狭窄化、例えば、PDH回路1325のために2重で使用することもでき、これによって、本開示の1つの態様によって実装することができる小さい線幅の送受信機または送信機の費用、複雑性、大きさ、重量および電力を削減する。したがって、本明細書で説明する本技術を使用すると、図12に示したアナログPDH制御システムのビルディングブロックの全てを、フィールドプログラマブルデバイス103または531内の再プログラム可能なハードウェアゲート内に実装することができる。波長ロッカの構成要素を再使用する(2重で使用する)PDH線幅制御システムの図を、PIC、外部の構成要素およびPDH制御ループと共に図13に示す。   In one aspect of the present disclosure, an example of a system using a 100 Gbps transmitter that uses a wavelength locker system as a light detection system is shown in FIG. The advantage of the present disclosure for line narrowing or reduction required for coherent communications and other high bit rate communications (as well as spectrally efficient communications systems) is the clock speed independent of other control loop processing. That the control circuit can be implemented as an independent module or process in parallel in a field programmable device 103 or 531 such as an FPGA, PLD, or the like that runs on and optimized for the desired line width Can be included. Further, in one implementation, the same optical elements, optoelectronics, analog electronics, and analog / digital circuits used for other purposes, eg, wavelength locker 1323, are line narrowing, eg, PDH circuits Can be used in duplicate for 1325, thereby reducing the cost, complexity, size, weight and power of a small linewidth transceiver or transmitter that can be implemented according to one aspect of the present disclosure. Reduce. Thus, using the techniques described herein, all of the analog PDH control system building blocks shown in FIG. 12 can be implemented in a reprogrammable hardware gate in the field programmable device 103 or 531. it can. A diagram of a PDH linewidth control system that reuses (duplicates) the components of the wavelength locker is shown in FIG.

伝統的に、PDHアルゴリズムは、アナログ電子機器を使用して、ノイズ低減ループのフィルタリング、復調、およびフィードバック部分を形成する。これらの機能は、検出器からレーザ位相変調器への経路内における一定の少ない待ち時間に関するいくつかの要求事項のために、マイクロプロセッサまたはマイクロコントローラ内で実行することに対して問題になることがある。しかし、本技術の利点は、フィールドプログラマブルデバイス103または531が、固定された専用のモジュールまたは処理として、デジタル信号処理(DSP:digital signal processing)機能の実装を可能にし、正確な待ち時間の制御を可能にすることを提供することができる。したがって、本開示によるPDHフィードバックループの実装によって、アナログノイズおよび電磁波障害(EMI:electronic magnetic interference)の発生源からの耐性、およびフィードバックループの特性および線幅低減性能の較正ならびに最適化を大いに簡素化するプログラミング性をもたらすことができる。   Traditionally, the PDH algorithm uses analog electronics to form the filtering, demodulation, and feedback portions of the noise reduction loop. These functions can be problematic for running in a microprocessor or microcontroller due to some requirements regarding a constant low latency in the path from the detector to the laser phase modulator. is there. However, the advantage of the present technology is that the field programmable device 103 or 531 can implement a digital signal processing (DSP) function as a fixed dedicated module or process, and control the waiting time accurately. Can be offered to enable. Thus, the implementation of the PDH feedback loop according to the present disclosure greatly simplifies calibration and optimization of analog noise and electromagnetic interference (EMI) immunity from sources, and feedback loop characteristics and linewidth reduction performance. Can be programmed.

図14は、本開示の1つの態様による、フィールドプログラマブルデバイス(例えば、FPGAもしくはPLD、または同様のもの)の、ADC、DAC、レーザおよび光路への接続を示す1つの実施形態を示すブロック図の例を示している。図15は、本開示の1つの態様による、PDHループのためにフィールドプログラマブルデバイス内に埋め込まれた、フィルタリング機能の実装を示すブロック図の例を示している。例では、反射されたエタロンの光路からの検出光パワーは、デジタル化され、FPGA1531などのフィールドプログラマブルデバイスに送り込まれ、フィールドプログラマブルデバイスは、PDHアルゴリズムのフィルタリング、復調を行い、フォトニック集積回路(PIC)1535内のレーザ位相変調器を駆動するエラーキャンセル信号を生成するように構成されている。同様に、FPGA1531は、図15に示すように、DACを通じてエタロンの入力光信号の位相変調器を駆動する基準変調周波数を生成するように構成されている。   FIG. 14 is a block diagram illustrating one embodiment illustrating the connection of a field programmable device (eg, FPGA or PLD, or the like) to an ADC, DAC, laser, and optical path, according to one aspect of the present disclosure. An example is shown. FIG. 15 illustrates an example block diagram illustrating an implementation of a filtering function embedded in a field programmable device for a PDH loop, according to one aspect of the present disclosure. In the example, the detected optical power from the reflected etalon optical path is digitized and fed into a field programmable device such as FPGA 1531, which filters and demodulates the PDH algorithm to provide a photonic integrated circuit (PIC). ) Configured to generate an error cancellation signal that drives the laser phase modulator in 1535. Similarly, the FPGA 1531 is configured to generate a reference modulation frequency for driving the phase modulator of the etalon input optical signal through the DAC, as shown in FIG.

本開示の別の態様では、図15の例において、基準変調周波数と代表的な不要周波数成分との間の差の関数として表現された、エタロンが反射した光信号から検出された電力に関する式は、図16に示すように導出し、使用することができる。この式において、検出電力(P)は、3つの成分、つまり、DC項1601、変調周波数における成分(エラー信号1603)、および、2倍の変調周波数の成分(診断1605)を含む。2倍の(2x)変調周波数の成分(診断1605)は、システムの試験および較正のために使用することができる。PDHアルゴリズムの1つの実装形態の例では、共振器の反応の大きな傾斜部分でサイドローブが生じるようにレーザ波長を変調することにより、変調周波数(エラー信号1603)における成分の振幅は、あらゆる外部からの周波数成分と変調周波数との間の差に対して比例しており、正および負の位相摂動に対して逆方向に反応し、したがって、所望のエラー信号を生成する。   In another aspect of the present disclosure, in the example of FIG. 15, the equation for the power detected from the optical signal reflected by the etalon, expressed as a function of the difference between the reference modulation frequency and the typical unwanted frequency component, is 16 can be derived and used as shown in FIG. In this equation, the detected power (P) includes three components: a DC term 1601, a component at the modulation frequency (error signal 1603), and a component at twice the modulation frequency (diagnosis 1605). The double (2x) modulation frequency component (diagnostic 1605) can be used for system testing and calibration. In one example implementation of the PDH algorithm, the amplitude of the component at the modulation frequency (error signal 1603) can be derived from any external source by modulating the laser wavelength such that side lobes occur at the large slopes of the resonator response. Is proportional to the difference between the frequency component and the modulation frequency and reacts in the opposite direction to positive and negative phase perturbations, thus producing the desired error signal.

さらに、PDHアルゴリズムの1つの実装形態では、図17に示すように、エラー信号を抽出し、不要な成分をキャンセルするために波長可変レーザ内の位相変調器に返すことができる。ここで、ADCインターフェースの論理回路は、エタロンの反射光路の検出器からデジタル化された電力信号を受け取る。変調周波数に集中したデジタルFIR帯域通過フィルタは、DC成分および2x変調周波数成分を、検出電力信号から除去する。次に、帯域通過出力に、DDSによって生成される変調周波数基準を乗じる。計算結果は、不要な2x変調周波数の成分を含む復調されたエラー信号である。結果として、ほぼ変調周波数でカットオフを伴うFIRローパスフィルタは、不要な2x変調周波数成分を除去する一方、変調周波数までのあらゆるエラー成分を残す。結果として生じるエラー信号は、利得およびオフセットのブロックを通り、レーザ位相変調器を駆動するために適正な振幅およびDCオフセットを提供し、次に、データを書式化してDACに送るDACのインターフェース論理回路に行く。外部のADCおよびDACを含む、エタロンからの検出電力とレーザ位相電極との間に示された例示の経路における設計された待ち時間は、500ns未満であり、主な寄与は、FIRフィルタからである。前述のアルゴリズムの最適化によって、さらにより少ない待ち時間をもたらすことがある。基準DDSは、反応が初期較正のために空値にできるように、復調器および基準位相変調器の両方に送られた変調器基準信号の位相調節を行う。利得およびオフセットの調節は、基準変調出力にも行われる。FIRフィルタ係数、基準周波数、ならびに位相、利得、およびオフセットは、ホストによって全てプログラム可能であり、波長可変レーザおよびシステムに関連する波長可変レーザのアルゴリズムの最適化、同調および較正を容易にできるようにする。したがって、本開示の1つの態様では、線幅低減アルゴリズムは、FPGA、PLD、または同様のものなどのフィールドプログラマブルデバイス103または531内の並列で独立したモジュールまたは処理として、デジタル的に実装することができる。   Further, in one implementation of the PDH algorithm, as shown in FIG. 17, an error signal can be extracted and returned to the phase modulator in the tunable laser to cancel out unwanted components. Here, the logic circuit of the ADC interface receives the digitized power signal from the detector of the reflected path of the etalon. A digital FIR bandpass filter concentrated on the modulation frequency removes the DC and 2x modulation frequency components from the detected power signal. The bandpass output is then multiplied by the modulation frequency reference generated by the DDS. The calculation result is a demodulated error signal including an unnecessary 2 × modulation frequency component. As a result, an FIR low-pass filter with a cutoff at approximately the modulation frequency removes unnecessary 2x modulation frequency components while leaving any error components up to the modulation frequency. The resulting error signal passes through the gain and offset block, provides the proper amplitude and DC offset to drive the laser phase modulator, and then formats and sends the data to the DAC for DAC logic. go to. The designed latency in the example path shown between the detected power from the etalon and the laser phase electrode, including external ADC and DAC, is less than 500 ns, the main contribution is from the FIR filter . The optimization of the algorithm described above may result in even lower latency. The reference DDS makes a phase adjustment of the modulator reference signal sent to both the demodulator and the reference phase modulator so that the response can be null for initial calibration. Gain and offset adjustments are also made to the reference modulation output. FIR filter coefficients, reference frequency, and phase, gain, and offset are all programmable by the host to facilitate optimization, tuning and calibration of tunable laser algorithms associated with the tunable laser and system. To do. Thus, in one aspect of the present disclosure, the line width reduction algorithm may be digitally implemented as a parallel and independent module or process within a field programmable device 103 or 531 such as an FPGA, PLD, or the like. it can.

パラメータのリアルタイムモニタリング
波長可変レーザ/変調器内の多くのパラメータは、リアルタイムモニタリングおよび動的制御ループへのフィードバックを要求する。また、パラメータは、較正および分析目的のために多くの動作点での計測を要求し、これらの計測を実行できる速度は、波長可変レーザの大規模な生産を可能にするために重要になり得る。
Real-time monitoring of parameters Many parameters in the tunable laser / modulator require real-time monitoring and feedback to the dynamic control loop. Parameters also require measurements at many operating points for calibration and analysis purposes, and the speed at which these measurements can be performed can be important to enable large scale production of tunable lasers. .

本開示の1つの態様では、本技術は、このような大規模な波長可変レーザの生産を可能にする。言い換えると、FPGAもしくはPLD、または同様のものなどのフィールドプログラマブルデバイスを使用して作り出すことができる平行アーキテクチャは、重要なパラメータのモニタリングを可能にし、パラメータを多重制御ループに最小限の待ち時間で同時に戻すが、マイクロプロセッサまたはマイクロコントローラは、連続的および/または逐次的な方法で情報の全てを処理し、配布する必要がある。   In one aspect of the present disclosure, the technology enables the production of such large scale tunable lasers. In other words, a parallel architecture that can be created using field programmable devices such as FPGAs or PLDs, or the like, allows for monitoring of critical parameters and allows parameters to be multiplexed into multiple control loops simultaneously with minimal latency. Again, the microprocessor or microcontroller needs to process and distribute all of the information in a continuous and / or sequential manner.

上述したように、フィールドプログラマブルデバイスを中心とした実装形態(例えば、FPGA/PLDを中心とした実装形態)は、本開示の1つの実施形態として説明することができる。パラメータのモニタリングのうち、フィールドプログラマブルデバイス(103、531、他)は、チャネルの読出しが最小限のオーバヘッドで起こるが、チャネルあたりの順番および頻度に関して十分にプログラム可能なように、複数のADCチャネル、例えば、24個のADCチャネルへの読出しサイクルを制御するように構成することができる。本開示のこの態様は、波長ロッキング、電力制御および温度制御などのリアルタイム制御のためのデータを提供するのに十分に高い頻度で、リアルタイム制御ループにとって重要なパラメータをモニタリングすることを可能にすることができる。以下のテーブル1は、それぞれに対しモニタリングする必要がある代表的なパラメータおよびサンプルレートと共に、リアルタイム制御および較正アルゴリズムのいくつかを一覧にしている。

Figure 2018502485
As described above, a mounting form centered on a field programmable device (for example, a mounting form centered on an FPGA / PLD) can be described as one embodiment of the present disclosure. Of parameter monitoring, field programmable devices (103, 531, etc.) allow multiple ADC channels to be fully programmable with respect to the order and frequency per channel, although channel readout occurs with minimal overhead. For example, it can be configured to control the read cycle to 24 ADC channels. This aspect of the present disclosure makes it possible to monitor parameters that are important to a real-time control loop frequently enough to provide data for real-time control such as wavelength locking, power control and temperature control. Can do. Table 1 below lists some of the real-time control and calibration algorithms, along with representative parameters and sample rates that need to be monitored for each.
Figure 2018502485

上記のテーブル1から分かるように、2つの事柄、すなわち、(i)いくつかのパラメータは、2つ以上の機能によって供給される必要があるということ、および(ii)いくつかのパラメータは、他のパラメータよりもずっと高速にサンプリングされる必要があるということに気付くことができる。したがって、本開示の態様による、フィールドプログラマブルデバイスに基づいた1つまたは複数の実装形態は、効率性を最大化し、全ての処理が同時に十分なレートで所要のデータを取得することを可能にする方法でモニタリング機能を設計するための柔軟性を可能にすることができる。   As can be seen from Table 1 above, there are two things: (i) that some parameters need to be supplied by more than one function, and (ii) some parameters are others You can notice that it needs to be sampled much faster than this parameter. Accordingly, one or more implementations based on field programmable devices according to aspects of the present disclosure maximize efficiency and allow all processing to obtain the required data at a sufficient rate simultaneously. Allows for the flexibility to design monitoring functions.

例えば、図18は、パラメータをモニタリングするために使用されるフィールドプログラマブルデバイス1831、例えば、FPGA/PLDファームウェア、ならびに付随したADCおよびDAC1833のファームウェア制御のブロック図の例を示している。例では、全てのリアルタイム制御ループは、独立したレート、例えば、独立したクロックレート(例えば、図18中の、10kHz、6.25kHz、100MHz、1kHz、および20MHz)で平行に走るように構成することができる。リアルタイム制御ループに要求されるパラメータは、ADC、DAC、および他のデバイスにインターフェース接続された1つまたは複数のSPIバス1837を通じて、パラメータにアクセスするように構成することができるモニタリングおよび制御論理回路1835によって供給することができる。さらに、フィールドプログラマブルデバイス1831、例えば、FPGA、PLD、または同様のものは、高い優先度でアクセスする必要があるデバイスのために、それぞれ異なるプロトコルで、多数のSPIインターフェースを構築することが可能になるように構成され、また、同時に、帯域幅を最大化し、多数のデバイスによって共有されるSPIインターフェース上のオーバヘッドがゼロに近い状態で走る。その上、多数の制御ループによって要求されるパラメータは、全ての所要の機能に同時に配布することができ、いくつかの機能によって高帯域で要求されるが他の機能には要求されないパラメータは、必要に応じて多数のモニタリングデバイスから供給することができる。   For example, FIG. 18 shows a block diagram example of firmware control of a field programmable device 1831, eg, FPGA / PLD firmware, and associated ADC and DAC 1833 used to monitor parameters. In the example, all real-time control loops are configured to run in parallel at independent rates, eg, independent clock rates (eg, 10 kHz, 6.25 kHz, 100 MHz, 1 kHz, and 20 MHz in FIG. 18). Can do. The parameters required for the real-time control loop are monitoring and control logic 1835 that can be configured to access the parameters through one or more SPI buses 1837 interfaced to ADCs, DACs, and other devices. Can be supplied by. In addition, field programmable devices 1831, eg, FPGA, PLD, or the like, can build multiple SPI interfaces, each with a different protocol, for devices that need to be accessed with high priority. And at the same time maximize bandwidth and run with near zero overhead on the SPI interface shared by multiple devices. In addition, parameters required by multiple control loops can be distributed to all required functions simultaneously, while parameters required by some functions at high bandwidth but not required by other functions are necessary. Depending on the number of monitoring devices.

結果として、本開示の1つの態様では、リアルタイム制御機能は、フィールドプログラマブルデバイス1831内の1つまたは複数の並列で独立した処理としてフィールドプログラマブルデバイス1831内に実装することができ、したがって、モニタリングおよび制御論理回路1835から受け取ったパラメータ分析し、ホストもしくはレジスタのインターフェース1841および/またはディスクリート1843を介してホストに返されるアラームおよびステータスを生成するために使用することができる。さらに、例では、生成されたアラームは、(i)レーザ温度の黄色および赤色アラーム、(ii)レーザ電力の黄色および赤色アラーム、(iii)レーザオン、ならびに(iv)安定したラムダを含むことができる。さらに、別の態様では、フィールドプログラマブルデバイス1831は、アラームのための計算および決定処理を平行に走らせることもでき、ホストに異常状態を報告する待ち時間を最小化する。   As a result, in one aspect of the present disclosure, real-time control functions can be implemented in the field programmable device 1831 as one or more parallel and independent processes in the field programmable device 1831, and thus monitoring and control The parameters received from logic circuit 1835 can be analyzed and used to generate alarms and status that are returned to the host via host or register interface 1841 and / or discrete 1843. Further, in the example, generated alarms can include (i) laser temperature yellow and red alarms, (ii) laser power yellow and red alarms, (iii) laser on, and (iv) stable lambdas. . Further, in another aspect, the field programmable device 1831 can also run the calculation and determination process for alarms in parallel, minimizing the latency to report abnormal conditions to the host.

波長ロッキング
波長ロッキングアルゴリズムは、ファブリ−ペローのエタロンの反応に基づいて、動作条件の変化に対して正確な設定点でレーザ波長を維持するためにレーザ波長を動的に同調する。典型的には、エタロンは、標準ITU仕様と一致した波長および間隔でピーク反応を有するが、原則として波長は、エタロンの設計に依存する任意の値または間隔になるはずである。
Wavelength Locking The wavelength locking algorithm is based on the Fabry-Perot etalon's response and dynamically tunes the laser wavelength to maintain the laser wavelength at an accurate set point with respect to changing operating conditions. Typically, etalons have a peak response at wavelengths and intervals consistent with standard ITU specifications, but in principle the wavelength should be any value or interval depending on the etalon design.

図19は、一般的なエタロンの反射および送信反応の例を示している。送信反応1901は、関心のある波長でピークを有する一方、反射反応1903は、これらの同じ波長で最小値を有する。着脱可能なモジュール内に他の光学素子と共に配置するのに十分物理的に小さいエタロンの形状を作り出すために、波長ロッキングが行われる正確さを低くするエタロンの最大値および最小値の精妙さまたは鮮明さに関して折り合いをつけることができる。本開示の1つの態様では、エタロン反応の効率的な計測および計測のアルゴリズム的処理は、結果の質を改善することで可能になる。   FIG. 19 shows an example of a general etalon reflection and transmission response. The transmit response 1901 has a peak at the wavelength of interest, while the reflection response 1903 has a minimum at these same wavelengths. The etalon's maximum and minimum exquisiteness or sharpness reduces the accuracy with which wavelength locking is performed to create an etalon shape that is physically small enough to be placed with other optical elements in a removable module You can make a trade-off. In one aspect of the present disclosure, efficient measurement of etalon responses and algorithmic processing of measurements is possible with improved quality of results.

所望の動作波長に対応したエタロンのピークおよび/または最小値を発見するために、レーザは、まず、事前較正されたミラー電流の値および対応する波長のテーブルに基づいてミラーを同調することによって、正確な波長の近くで同調される。次に、波長ロッキングアルゴリズムは、デフォルトの事前較正値周辺の狭い範囲に対してレーザ位相電極の電流をディザリングし、ピークおよび/または最小値の反応を検索することによって波長を微調整する。アルゴリズムは、レーザ位相電極を駆動する電流DACを制御することによってデジタル的に実行することができ、ADCを通じてエタロンの反応をモニタリングする。   To find the etalon peak and / or minimum corresponding to the desired operating wavelength, the laser first tunes the mirror based on a pre-calibrated mirror current value and corresponding wavelength table, Tuned near the exact wavelength. The wavelength locking algorithm then dithers the laser phase electrode current to a narrow range around the default precalibration value and fine tunes the wavelength by searching for peak and / or minimum response. The algorithm can be implemented digitally by controlling the current DAC that drives the laser phase electrode and monitors the etalon response through the ADC.

図20は、本開示の1つの態様による、波長ロッキングアルゴリズムの別の実装形態を示すブロック図の例を示している。ここで、波長ロッキングアルゴリズムは、レーザ位相電極を駆動する電流DAC2051を制御することによってデジタル的に実行され、ADC2051を通じてエタロン反応をモニタリングする。実装形態の例では、位相のディザリング速度は、十分なレートで位相オフセットに対する最新情報、したがって動作波長を取得することと、ディザリングの線幅効果を最小化することとの間で折り合いをつけることができる。この技法の例は、100μsのレートで位相をステップさせることができる。ディザリングの振幅は、最大値/最小値を捕えるのに十分な広範囲に対して走査することと、レーザ2053のモードホップが永続する限り走査をしないこととの間で折り合いをつけることもできる。実装形態の例における走査振幅(または範囲)は、プログラムできる可能性があり、較正テーブルに基づいて波長ごとに設定することができるが、一般に位相電極の電流の+/−1mAの範囲内である。   FIG. 20 illustrates an example block diagram illustrating another implementation of a wavelength locking algorithm according to one aspect of the present disclosure. Here, the wavelength locking algorithm is executed digitally by controlling the current DAC 2051 that drives the laser phase electrode and monitors the etalon reaction through the ADC 2051. In an example implementation, the phase dithering speed is a compromise between obtaining the latest information on the phase offset at a sufficient rate, and thus the operating wavelength, and minimizing the linewidth effect of dithering. be able to. An example of this technique can step the phase at a rate of 100 μs. The dithering amplitude can also be a compromise between scanning over a wide enough range to capture the maximum / minimum values and not scanning as long as the laser 2053 mode hops persist. The scan amplitude (or range) in the example implementation may be programmable and can be set for each wavelength based on a calibration table, but is generally in the range of +/- 1 mA of the phase electrode current. .

1つの態様では、(サーキュレータ2055およびエタロン2057に連結された検出器2058を介して)ADC2059から受け取った、検出されたエタロン送信および反射電力は、その後、ノイズを低減し反応を平準化するために、平均化フィルタ2033を通じて処理される。FPGA、PLD、または同様のものなどのフィールドプログラマブルデバイス2031は、送信および反射電力のデータを平行にフィルタリングすることを容易にするように構成される。その後、アルゴリズムは、最大値/最小値の検索2035を介して、走査内の最小値/最大値の両側の点における最小値/最大値の上/下の閾値の超過を要求することによって、データセットに対する最大/最小の値を発見し、この値が実際に変曲点であるということを確認することに基づいて、送信データ中の最大値および対応する反射データ中の最小値を発見しようとする。その後、特定された最大値および最小値の点の平均は、波長の微調整を設定するためにレーザ2053に印加される新しい位相オフセットとして使用される。アルゴリズムが許容できる最小値または最大値を発見できなかった場合、新しい位相オフセットは、首尾よく特定された変曲点に基づくか、または、最小値も最大値も特定されなかった場合、電流走査に対するデータは使用されず、位相は成功した走査によって取得されるまで変化しない。新しい位相オフセットは、DAC制御2039および電流DAC2051を介して、位相オフセット2037およびレーザ2053に提供される。さらに、上記の波長ロッキングアルゴリズムは、FPGA、PLD、または同様のものなどのフィールドプログラマブルデバイス(103、531、または同様のもの)内に1つまたは複数の並列で独立した処理として実装することができるということに留意されたい。   In one aspect, detected etalon transmit and reflected power received from ADC 2059 (via detector 2058 coupled to circulator 2055 and etalon 2057) is then used to reduce noise and level the response. And processed through an averaging filter 2033. Field programmable device 2031, such as an FPGA, PLD, or the like, is configured to facilitate filtering transmit and reflected power data in parallel. The algorithm then passes the maximum / minimum value search 2035 to request the data to exceed the minimum / maximum above / below threshold at points on either side of the minimum / maximum value in the scan. Based on finding the maximum / minimum value for the set and confirming that this value is actually the inflection point, we will try to find the maximum value in the transmitted data and the corresponding minimum value in the reflected data To do. The average of the identified maximum and minimum points is then used as a new phase offset applied to the laser 2053 to set the wavelength fine-tuning. If the algorithm fails to find an acceptable minimum or maximum value, the new phase offset is based on a well-specified inflection point, or if neither minimum nor maximum value is specified, for the current scan Data is not used and the phase does not change until acquired by a successful scan. The new phase offset is provided to phase offset 2037 and laser 2053 via DAC control 2039 and current DAC 2051. Furthermore, the wavelength locking algorithm described above can be implemented as one or more parallel and independent processes in a field programmable device (103, 531, or the like) such as an FPGA, PLD, or the like. Please note that.

さらに、位相変調は、以下、すなわち(i)波長ロッキング、(ii)線幅低減、および(iii)ブリルアン散乱の軽減、のうち少なくとも1つまたは複数を達成することを必要とする可能性があるということに留意されたい。例として、1つの実装形態において、レーザ波長は、SPIを介してインターフェース接続された、レーザ電極を駆動する多重チャネルの電流DACを介して、FPGAもしくはPLD、または同様のものなどのフィールドプログラマブルデバイスの制御の下で同調される。指令された波長に対する初期のミラーおよび位相電極の電流は、参照テーブルを介して設定することができ、波長ロッキングの制御ループは、波長の安定性を維持するために、検出されたエタロンの電力に基づいて連続して走らせることができる。したがって、独立した制御ループが全体的なシステムの性能およびタイムラインに影響を与えることなく独立して同調できるので、リアルタイム制御のアルゴリズムの実装形態に基づいたフィールドプログラマブルデバイス(例えば、FPGA、PLD、または同様のもの)が、強化および最適化を容易にする。   Further, phase modulation may require achieving at least one or more of the following: (i) wavelength locking, (ii) linewidth reduction, and (iii) Brillouin scattering mitigation. Please note that. As an example, in one implementation, the laser wavelength is interfaced via an SPI, via a multi-channel current DAC driving a laser electrode, via a field programmable device such as an FPGA or PLD, or the like. Tuned under control. The initial mirror and phase electrode currents for the commanded wavelength can be set via a look-up table, and the wavelength locking control loop can detect the power of the detected etalon to maintain wavelength stability. You can run continuously based on. Accordingly, field programmable devices (eg, FPGA, PLD, or based on real-time control algorithm implementations) because independent control loops can be tuned independently without affecting overall system performance and timeline. The same) facilitates enhancement and optimization.

温度制御
本開示の別の態様では、波長可変レーザの温度制御のための処理は、他の処理とは異なるクロック信号で走るように構成されたフィールドプログラマブルデバイス(例えば、FPGA/PLD)内に並列で独立した処理として実装することができる。図21は、温度制御処理の1つの実装形態の図の例を示している。例として、モジュール2129(例えば、temp_pid)は、TECコントローラ2135を通じて、ディスクリートPIDループを使用して付随したTEC2131をモニタリングし制御する。モジュール2129は、TECの実温度が設定温度と同じになるまで、設定可能なサンプルレート(時定数)で入力およびサーボとして所望温度を受け取るように構成することができる。
Temperature Control In another aspect of the present disclosure, processing for temperature control of a tunable laser is performed in parallel in a field programmable device (eg, FPGA / PLD) configured to run with a different clock signal than other processing. Can be implemented as an independent process. FIG. 21 shows an example of a diagram of one implementation of temperature control processing. As an example, module 2129 (eg, temp_pid) monitors and controls the associated TEC 2131 through the TEC controller 2135 using a discrete PID loop. Module 2129 can be configured to receive the desired temperature as input and servo at a configurable sample rate (time constant) until the actual temperature of the TEC is equal to the set temperature.

モジュール2129(例えば、temp_pid)は、TECの温度をモニタリングし、TECの温度を設定温度(例えば、温度設定点)と比較し、所望温度を達成するためにTEC駆動電流を調節する。TEC2131は、線形制御チップを通じて制御することができる。したがって、温度は、ローカライズされたサーミスタおよび選択されたADCチャネルを介してモニタリングすることができる。TEC駆動電流は、線形制御チップおよび選択されたADCチャネルを介してモニタリングすることもできる。TEC駆動電流は、PIDループの出力、設定温度、および実際のTECの温度に基づいて計算することもできる。したがって、PIDループの出力は、コントローラの出力電流を特定する選択されたDACチャネルを駆動する。   Module 2129 (eg, temp_pid) monitors the temperature of the TEC, compares the temperature of the TEC to a set temperature (eg, a temperature set point), and adjusts the TEC drive current to achieve the desired temperature. The TEC 2131 can be controlled through a linear control chip. Thus, the temperature can be monitored via a localized thermistor and selected ADC channel. The TEC drive current can also be monitored via the linear control chip and the selected ADC channel. The TEC drive current can also be calculated based on the output of the PID loop, the set temperature, and the actual TEC temperature. Thus, the output of the PID loop drives the selected DAC channel that specifies the output current of the controller.

上述したように、モジュール2129(例えば、temp_pid)は、TECコントローラ回路2135を通じて、付随したTEC2131をモニタリングおよび制御するように構成される。モジュール2129は、TECの実温度が設定温度と同じになるまで、設定可能なレート(時定数)で、入力およびサーボとして所望の温度の値を受け取るように構成することができる。最大のTEC電流ならびに最大および最小温度は、赤色および黄色のアラーム出力で表示されるアラーム条件をモニタリングすることもできる。サーボに対して使用されるアルゴリズムは、以下のディスクリート時間領域の公式を使用するPIDループを含むことができる。
u(k)=u(k−1)+a0*e(k)+a1*y(k)+a2*y(k−1)+a3*y(k−2)
ただし、u(k)は出力、
u(k−1)は事前に計算された出力、
e(k)は、設定温度と実温度との差、y(k)、y(k−1)、y(k−2)は、TECコントローラからの1つおよび2つのサンプル遅延入力温度。
As described above, the module 2129 (eg, temp_pid) is configured to monitor and control the associated TEC 2131 through the TEC controller circuit 2135. Module 2129 can be configured to receive a desired temperature value as input and servo at a configurable rate (time constant) until the actual temperature of the TEC is equal to the set temperature. Maximum TEC currents and maximum and minimum temperatures can also monitor alarm conditions indicated by red and yellow alarm outputs. The algorithm used for the servo may include a PID loop that uses the following discrete time domain formula:
u (k) = u (k-1) + a0 * e (k) + a1 * y (k) + a2 * y (k-1) + a3 * y (k-2)
Where u (k) is the output,
u (k−1) is the precomputed output,
e (k) is the difference between the set temperature and the actual temperature, y (k), y (k-1), y (k-2) are one and two sample delay input temperatures from the TEC controller.

また、値a0、a1、a2、a3は、PIDの係数Kp、Ki、Kd、およびサンプル周期Tsから、以下のように導出することができる。
a0=Ki*Ts、
a1=Kp−(Kd/Ts)、
a2=Kp+(2Kd/Ts)、
a3=−Kd/Ts。
The values a0, a1, a2, and a3 can be derived from the PID coefficients Kp, Ki, Kd, and the sample period Ts as follows.
a0 = Ki * Ts,
a1 = Kp− (Kd / Ts),
a2 = Kp + (2Kd / Ts),
a3 = −Kd / Ts.

u(k)を生成するために使用されるALUの構造は、それぞれの入力に対する4:1x16多重化装置を用いる16x16乗算器とこれに続くアキュムレータのレジスタを用いる36ビット加算器から構成することができる。16ビット減算器のブロックは、e(k)の値を生成する。u(k)およびu(k−1)は、ワインドアップまたはオーバーフローを避けるためにチェックされ、x「1000」に限定された範囲である。アキュムレータは、次の反復のために、u(k−1)の値になる。入力の多重化装置および乗算器ならびにALUは、全てパイプライン化され、最初の積および合計に2つのクロックを利用することができ、後続の3つの乗算および加算のためにそれぞれ1つのクロックを利用することができる。その後、アキュムレータはu(k)を保持することができ、これは次のサイクルのためのu(k−1)である。   The structure of the ALU used to generate u (k) may consist of a 16x16 multiplier using a 4: 1x16 multiplexer for each input followed by a 36-bit adder using an accumulator register. it can. A block of 16-bit subtractors generates a value for e (k). u (k) and u (k−1) are checked to avoid windup or overflow and are in a range limited to x “1000”. The accumulator will be the value of u (k−1) for the next iteration. The input multiplexer and multiplier and ALU are all pipelined and can use two clocks for the first product and sum, one clock each for the next three multiplications and additions can do. The accumulator can then hold u (k), which is u (k-1) for the next cycle.

本開示の1つの態様では、2つのエラーの指標、赤色アラームおよび黄色アラームが存在し得る。赤色アラームは、最大の温度、電流、または温度差を超過したことを意味することができる。TECの停止を抑制する初期の期間の後、赤色アラームが発生し、PIDループ時間に設定温度を達成するようにする場合、赤色アラームは、TECの停止およびレーザの停止の原因となる。以下のような複数のプロシージャが存在する可能性がある。
・TEC_init_proc:TECが最初に動作可能になると、サンプル期間に比例した期間、しかし約5.8秒以上の間、赤色アラームによる停止が抑制される。
・Temp_control:アラーム限界、電流限界、およびPID限界を設定し、モニタリングする。
・PID_proc:PIDのALUの初期化およびPIDのALUの優先順位付けを制御する有限状態機械(FSM:finite state machine)。
・Pid_mpy_inst:同期32ビット出力レジスタを用いる、埋込型で平行な符号付きの16x16乗算器のインスタンス。これは、PIDのALUの一部である可能性がある。
・Local_CLK_Proc:増分100μsのプログラム可能なサンプルクロック発生器。
In one aspect of the present disclosure, there may be two error indicators, a red alarm and a yellow alarm. A red alarm can mean that the maximum temperature, current, or temperature difference has been exceeded. If the red alarm occurs after the initial period of suppressing the TEC stop and the set temperature is achieved during the PID loop time, the red alarm causes the TEC to stop and the laser to stop. There may be multiple procedures such as:
TEC_init_proc: When the TEC is first enabled, the red alarm stop is suppressed for a period proportional to the sample period, but for about 5.8 seconds or more.
Temp_control: Set and monitor alarm limits, current limits, and PID limits.
PID_proc: A finite state machine (FSM) that controls PID ALU initialization and PID ALU prioritization.
Pid_mpy_inst: an instance of an embedded parallel signed 16x16 multiplier using a synchronous 32-bit output register. This may be part of the PID ALU.
Local_CLK_Proc: Programmable sample clock generator with 100 μs increments.

さらに、本開示の1つの態様では、PIDの定数およびサンプル周期を、推定し、設定することができる。PIDの定数は、制御ループが微分または積分項のない所与の十分な利得を振動させる周波数の知識を要求することがあるジーグラ−ニコルス(Ziegler−Nichols)法を使用して推定することができる。さらに、設計に課される安全性限界のため、定常状態の振動を要求するこの値を取得することが可能でないことがある。代わりに、Tuは減衰振動周期から推定することができ、Kuを推定することができる。   Further, in one aspect of the present disclosure, PID constants and sample periods can be estimated and set. The PID constant can be estimated using the Ziegler-Nichols method, which may require knowledge of the frequency at which the control loop oscillates a given sufficient gain without a differential or integral term. . Furthermore, it may not be possible to obtain this value that requires steady state vibration due to safety limitations imposed on the design. Instead, Tu can be estimated from the damped oscillation period and Ku can be estimated.

本開示の1つの態様では、単純なTECの1次モデル(個々の係数のローパスフィルタ)およびPIDのサーボは、PIDの値から導出される離散係数a0〜a3を用いて、スプレッドシート中に作り出すことができる。温度に対する設定点のステップの変化は、選択されたPIDの定数、Kp、Ki、およびKd、ならびに、サンプル周期Ts、およびモデル伝達係数、「xfer_coeff」を用いて、ループのステップの反応を生成することができる。反応は、結果を対話形式に見ることができるように、グラフ化することができる。PIDのモジュールに対する実係数入力は、128を乗ずることもでき、ビット6における2進小数点および小数部の係数を考慮に入れる。さらに、ジーグラ−ニコルスのテーブルは、KuおよびTuの推定値を与えられたPIDの定数に対する初期値を与えるように実装することができる。   In one aspect of the present disclosure, a simple TEC first-order model (individual coefficient low-pass filter) and PID servo are created in a spreadsheet using discrete coefficients a0-a3 derived from the PID values. be able to. The setpoint step change with temperature generates a loop step response using the selected PID constants, Kp, Ki, and Kd, and the sample period Ts, and the model transfer coefficient, “xfer_coeff”. be able to. Responses can be graphed so that the results can be viewed interactively. The real coefficient input to the PID module can also be multiplied by 128, taking into account the binary point and fractional coefficients in bit 6. In addition, the Ziegler-Nichols table can be implemented to give initial values for PID constants given Ku and Tu estimates.

さらに、変数を計算するためにスプレッドシートには2つのペインが存在することがある。第1のペインは、KuおよびTuを対話形式で発見するために使用することができ、第2のペインは、(微分項がゼロに設定された)SFPのために最適なKpおよびKiを対話形式で展開するために使用することができる。さらに、本開示の1つの態様では、ジーグラ−ニコルス法は、実験データまたはシミュレーションされたプラント挙動に基づいて、以下の技法を使用して、PIDの係数を割り当てることができる。
・係数KiおよびKdをゼロに設定する。
・一定の振幅でループが振動するまで、(利得)係数Kpを増加させる。
・振動の周期−これは、以下のテーブルのTuであることに留意されたい。
・利得値Kp−これは、以下のテーブルのKu、つまり、極限の利得であることに留意されたい。

Figure 2018502485
サンプルレートおよび1次のフィルタ係数を選択した後、スプレッドシートの「Ku、Tu」ワークシートを使用してKuを、次にTuの値を発見できることに留意されたい。 In addition, there may be two panes in the spreadsheet to calculate the variables. The first pane can be used to interactively discover Ku and Tu, and the second pane interacts with the optimal Kp and Ki for SFP (with the derivative term set to zero) Can be used to expand in form. Further, in one aspect of the present disclosure, the Ziegler-Nichols method can assign a coefficient of PID using the following technique based on experimental data or simulated plant behavior.
Set the coefficients Ki and Kd to zero.
Increase the (gain) coefficient Kp until the loop oscillates with a constant amplitude.
• Period of vibration-note that this is the Tu in the table below.
Gain value Kp—Note that this is Ku in the table below, ie the ultimate gain.
Figure 2018502485
Note that after selecting the sample rate and first order filter coefficients, the “Ku, Tu” worksheet in the spreadsheet can be used to find Ku and then the value of Tu.

ボックスカーフィルタ
本開示の1つの態様では、1つまたは複数の多重チャネル移動平均(「ボックスカー」としても知られる)フィルタは、フィールドプログラマブルデバイス(例えば、FPGAまたはPLD)内にデジタル的に実装することができ、ボックスカーフィルタは、例えば、10GのTOSA電子機器回路基板内の24個のADCチャネルのそれぞれに対して、設定可能なローパスフィルタリングを提供するように構成することができる。24個のチャネルのそれぞれは、サンプル0、1、2、4、8、16、32、64、128、または256の異なるフィルタ深度に設定することができる。この能力は、短期間の変動またはランダムでより高い周波数ノイズに対して必要となる、ADC出力データのフィルタリングを可能にすることができる。フィルタ深度および使用可能性は、レジスタのメモリ空間内のレジスタに関連した一連のチャネル番号を通じてプログラムすることもできる。フィルタリングされた出力が有効であることを特定する前に、所与のフィルタチャネルに対するサンプルメモリは、サンプルで満たされていなければならない。したがって、1つの実装形態では、サンプルが取られたときに、全てのサンプルと最も古いサンプルを差し引いた新しいサンプルとの合計は、平均し、フィルタの出力値として表すことができる。
Boxcar Filter In one aspect of the present disclosure, one or more multi-channel moving average (also known as “boxcar”) filters are digitally implemented in a field programmable device (eg, FPGA or PLD). The boxcar filter can be configured to provide configurable low-pass filtering for each of the 24 ADC channels in a 10G TOSA electronics circuit board, for example. Each of the 24 channels can be set to a different filter depth of samples 0, 1, 2, 4, 8, 16, 32, 64, 128, or 256. This capability can allow for the filtering of ADC output data that is required for short-term fluctuations or random higher frequency noise. Filter depth and availability can also be programmed through a series of channel numbers associated with registers in the register's memory space. Before specifying that the filtered output is valid, the sample memory for a given filter channel must be filled with samples. Thus, in one implementation, when samples are taken, the sum of all samples and the new sample minus the oldest sample can be averaged and expressed as the output value of the filter.

本開示の1つの態様では、1つまたは複数のボックスカーフィルタは、それぞれのチャネルに対するデータ履歴ストレージ、アドレス指定およびインデックス作成、ならびに累計のために、フィールドプログラマブルデバイス(例えば、FPGAまたはPLD)の内部メモリブロックを使用して実装することができる。例として、フィールドプログラマブルデバイス内の個々の24ビットALUは、データ加算のために使用することができ、合計は、それぞれのフィルタの深さに対して適切な多数の位置を右にシフトさせることができる。1つの実装形態では、入力から出力まで、およそ10システムクロック時間かかる可能性がある(約400ns)。関連アナログサブシステムのサンプルレートを、約4kHz/チャネルにすることができるので、ボックスカーフィルタは、非常に小さな遅延時間を加えながら、全てのチャネルを容易に調整することができる。ボックスカーフィルタの1つのチャネルの記号モデルに関するブロック図を、図22に示す。   In one aspect of the present disclosure, one or more boxcar filters are internal to a field programmable device (eg, FPGA or PLD) for data history storage, addressing and indexing, and accumulation for each channel. It can be implemented using a memory block. As an example, individual 24-bit ALUs in a field programmable device can be used for data summing, and the sum can shift multiple positions to the right appropriate for the depth of each filter. it can. In one implementation, from input to output can take approximately 10 system clock times (approximately 400 ns). Because the sample rate of the associated analog subsystem can be about 4 kHz / channel, the boxcar filter can easily adjust all channels while adding very small delay times. A block diagram for a symbol model of one channel of the boxcar filter is shown in FIG.

不揮発性メモリストレージ
本開示の1つの態様では、登録されたメモリマップおよびデバイス波長テーブルの状態は、1つまたは複数の不揮発性フラッシュメモリ(例えば、Mcronix flash memory、MX25L4006E)内に格納することができる。それぞれのフラッシュメモリは、容量4MBのデバイスにすることができ、適正な性質を適用するためにデバイスの起動中に、および、エンドユーザが設定した全体システムの挙動を維持する際に必須である可能性がある。書込みの際に、フラッシュにそのバイトを直接書き込む一連のレジスタが存在する可能性がある。したがって、電力が循環すると、そのバイトデータは持続し、ユーザが設定した性質を維持することができる。不揮発性フラッシュメモリのアドレス空間の例は、図23Aに示すように設定することができる。また、波長定義テーブルは、図23Bに示すように設定することができる。それぞれの波長テーブルは、32バイト構造にすることができ、それぞれのデバイスは、フィールドプログラマブルデバイスの内部であるか外部であるかに関わらず、多くの波長テーブルのための記憶空間を含むことができる。
Nonvolatile Memory Storage In one aspect of the present disclosure, registered memory maps and device wavelength table states may be stored in one or more nonvolatile flash memories (eg, Mcronix flash memory, MX25L4006E). . Each flash memory can be a 4MB capacity device and can be essential during device startup to apply the proper nature and to maintain the overall system behavior set by the end user There is sex. When writing, there may be a series of registers that write the bytes directly to the flash. Therefore, when power is circulated, the byte data is maintained, and the property set by the user can be maintained. An example of the address space of the nonvolatile flash memory can be set as shown in FIG. 23A. The wavelength definition table can be set as shown in FIG. 23B. Each wavelength table can be a 32-byte structure, and each device can contain storage space for many wavelength tables, whether internal or external to the field programmable device. .

レジスタおよび波長テーブルを読み込むための起動時のフラッシュの手順
本開示の1つの態様では、光通信システムまたはデバイスの起動時に、オンボードのファームウェアの性質によって、エンドユーザによって決定された状態にデバイスを置くために2つの手順を経ることができる。例えば、この手順は、登録されたメモリマップをファームウェアシステムにロードすること、および、波長テーブルを通信システムのRAMの記憶領域にコピーすることを含むことができる。メモリ空間のそれぞれは、4096バイト(4KB)として設定することができる。図23Aのフラッシュメモリマップに示したように、レジスタのメモリマップは、0x70000で始めることができる。起動時に、オンボードのファームウェアの性質によって実行される第1の手順は、レジスタの値をファームウェアのレジスタ空間にコピーすることである。実行される第2の手順は、0x71000で始まるフラッシュからデバイス上の波長のRAMの空間に波長テーブルをコピーすることである。一旦、メモリの全てがフラッシュからコピーされると、「電流の波長」に対するレジスタの値がデバイスによって読み出され、その波長はレーザ電極のレジスタに書き込まれる。この時点で、デバイスは、完全に起動し、構成することができ、選択された波長をロードし、動作の準備が整う。この実装形態では、フラッシュストレージデバイスからレジスタおよび波長データの全てをコピーするのにおよそ0.4msかかる可能性がある。
Boot-up Flash Procedure for Reading Registers and Wavelength Tables In one aspect of the present disclosure, upon startup of an optical communication system or device, the device is placed in a state determined by the end user due to the nature of the on-board firmware. There are two steps that can be taken. For example, the procedure can include loading a registered memory map into the firmware system and copying the wavelength table to a storage area of the communication system RAM. Each of the memory spaces can be set as 4096 bytes (4 KB). As shown in the flash memory map of FIG. 23A, the register memory map can begin at 0x70000. At startup, the first procedure performed by the nature of the onboard firmware is to copy the register values to the firmware register space. The second procedure performed is to copy the wavelength table from the flash starting at 0x71000 to the wavelength RAM space on the device. Once all of the memory has been copied from the flash, the register value for “wavelength of current” is read by the device, and that wavelength is written to the laser electrode register. At this point, the device can be fully booted and configured, loaded with the selected wavelength, and ready for operation. In this implementation, it may take approximately 0.4 ms to copy all of the register and wavelength data from the flash storage device.

アプリケーションプログラミングインターフェース(API)
本開示の1つの態様では、アプリケーションプログラミングインターフェース(API)は、DLL実行可能ライブラリによって実装することができる。APIのDLLをコード化しているプロジェクトにインポートすることによって、APIのユーザは、波長可変レーザの制御電子機器を制御する機能にアクセスできる。ユーザが利用できるAPIの機能によって、ユーザが、シリアル通信ポートを適正に開くこと、レジスタのインターフェースから読み出すことおよびそこへ書き出すこと、ならびに、直接デバイスの温度を読み、電極電流を設定し、モニタリング電圧を読み、波長を設定し、レーザおよびレーザTECのオン、オフを行うためのいくつかのより高いレベルのマクロ機能を提供することさえ、可能にすることができる。したがって、本開示は、APIを介してアクセスできる、ソフトウェアによって可能になる特徴を提供することができ、例えば、実際の通信量に基づいた、1つまたは複数のモジュールまたは処理の幅広いリアルタイム制御およびモニタリングを提示する。上述したように、このようなプログラミング性は、リアルタイムに帯域幅を拡大縮小することおよび別ルートで送信することによる光学層における前例のないレベルの柔軟性および即応性、所与の光ファイバの設備からのより高い帯域幅の抽出、ならびにデータネットワークを計画し、構築し、運用し、および維持することに関する複雑性および関連費用の削減を提供する。
Application programming interface (API)
In one aspect of the present disclosure, an application programming interface (API) can be implemented by a DLL executable library. By importing the API DLL into the project encoding, the API user has access to the function of controlling the tunable laser control electronics. The API functions available to the user allow the user to properly open the serial communication port, read from and write to the register interface, and directly read the device temperature, set the electrode current, and monitor voltage Can be enabled to read, set the wavelength, and provide some higher level macro functions for turning the laser and laser TEC on and off. Thus, the present disclosure can provide software-enabled features that can be accessed via an API, for example, extensive real-time control and monitoring of one or more modules or processes based on actual traffic. Present. As noted above, such programmability is the result of an unprecedented level of flexibility and responsiveness in the optical layer by scaling bandwidth in real time and transmitting separately, providing a given fiber optic installation. Provides higher bandwidth extraction from the network, as well as reduced complexity and associated costs associated with planning, building, operating and maintaining data networks.

本開示の前述の記載済みの説明は、当業者が、これらのうちで最善のモードであると現在考えられているものを作製し使用することを可能にするが、当業者は、変形形態、組合せ、ならびに本明細書の特定の実施形態、方法、および例の均等物の存在を理解し認識するであろう。したがって、本開示は、上記で説明した実施形態、方法、および例によって限定されるべきではなく、本開示の範囲および精神の範囲内の全ての実施形態および方法によって限定されるべきである。   While the foregoing written description of the disclosure allows those skilled in the art to make and use what is currently considered the best mode, those skilled in the art It will be understood and appreciated that combinations exist, and equivalents of the specific embodiments, methods, and examples herein. Accordingly, the present disclosure should not be limited by the embodiments, methods, and examples described above, but should be limited by all embodiments and methods within the scope and spirit of the present disclosure.

また、本開示の様々な態様は、1つまたは複数の処理システムによって実装することができる。例えば、ホストコントローラ101、フィールドプログラマブルデバイス103、またはレーザ109は、図24に示すように、バスアーキテクチャと共に実装することができ、バスアーキテクチャは、バスならびに任意の数の相互接続バスおよびブリッジを含むことができる。バスは、1つまたは複数の処理システム、1つまたは複数のメモリ、1つまたは複数の通信インターフェース、および入出力デバイスを含む様々な回路を互いにリンクする。1つまたは複数の処理システムは、非一時的なコンピュータ可読媒体に格納されたソフトウェアの実行を含むバスおよび全体的な処理を管理することを担当する。上述したように、1つまたは複数の処理システムは、命令を解釈し実行する1つまたは複数の再構成可能回路ブロックを含むことができる。実装形態の例では、1つまたは複数の処理システムは、1つまたは複数の特定用途向け集積回路、フィールドプログラマブル論理回路アレイ、または同様のものとして実装するか、またはこれらを含むことができる。ソフトウェアは、1つまたは複数の処理システムによって実行されると、1つまたは複数の処理システムに任意の特定の装置に対する本明細書で説明する様々な機能を実行させる。非一時的なコンピュータ可読媒体は、ソフトウェアを実行するときに1つまたは複数の処理システムによって操作されるデータを格納するために使用することもできる。1つまたは複数のメモリは、ランダムアクセスメモリもしくはリードオンリメモリ、および/または他の種類の磁気もしくは光記録媒体、ならびに情報および/または命令を格納するための対応するデバイスを含む様々な種類のメモリを含むことができる。1つまたは複数の入出力デバイスは、外部デバイスまたは機器に対して情報を入力すること、および/または情報を出力することを許可するデバイスを含むことができる。1つまたは複数の通信インターフェースは、光送受信機(例えば、TOSAおよび/またはROSA)を含む他のデバイスおよび/またはシステムとの通信を可能にする機構のような任意の送受信機を含むこともできる。   Also, various aspects of the disclosure may be implemented by one or more processing systems. For example, host controller 101, field programmable device 103, or laser 109 can be implemented with a bus architecture, as shown in FIG. 24, which includes a bus and any number of interconnecting buses and bridges. Can do. The bus links various circuits together, including one or more processing systems, one or more memories, one or more communication interfaces, and input / output devices. One or more processing systems are responsible for managing the bus and overall processing, including execution of software stored on non-transitory computer readable media. As described above, the one or more processing systems may include one or more reconfigurable circuit blocks that interpret and execute instructions. In an example implementation, the one or more processing systems may be implemented or include one or more application specific integrated circuits, field programmable logic circuit arrays, or the like. The software, when executed by one or more processing systems, causes the one or more processing systems to perform various functions described herein for any particular device. A non-transitory computer readable medium may also be used to store data that is manipulated by one or more processing systems when executing software. The one or more memories include various types of memory including random access memory or read only memory, and / or other types of magnetic or optical recording media, and corresponding devices for storing information and / or instructions Can be included. The one or more input / output devices may include devices that allow input and / or output of information to external devices or equipment. The one or more communication interfaces can also include any transceiver, such as a mechanism that allows communication with other devices and / or systems including optical transceivers (eg, TOSA and / or ROSA). .

特徴の特定の組合せを、本明細書に開示し、および/または特許請求の範囲に記載したが、これらの組合せは、本技術の開示を限定するものではない。さらに、本明細書で開示した本技術のための方法または方法論は、ソフトウェア、ハードウェア、ソフトウェアとハードウェアの任意の組合せ、ならびに、ディスクリートハードウェア回路、ゲートロジック、ステートマシン、プログラマブル論理デバイス(PLD)、フィールドプログラマブルゲートアレイ(FPGA)、特定用途向け集積回路(ASIC:application specific integrated circuit)、および本明細書で説明する様々な機能を実行するように構成された他の適当なハードウェアを含む処理システムによって実行するためのコンピュータ可読媒体内に搭載されたコンピュータプログラムまたはファームウェア内に実装することができる。   Although specific combinations of features are disclosed herein and / or recited in the claims, these combinations do not limit the disclosure of the technology. Further, the method or methodology for the present technology disclosed herein includes software, hardware, any combination of software and hardware, as well as discrete hardware circuitry, gate logic, state machines, programmable logic devices (PLDs). ), Field programmable gate array (FPGA), application specific integrated circuit (ASIC), and other suitable hardware configured to perform the various functions described herein. It can be implemented in a computer program or firmware installed in a computer readable medium for execution by a processing system.

本明細書で使用される用語「ソフトウェア」、「モジュール」、または「処理」は、ファームウェア、マイクロコード、ミドルウェア、ソフトウェア、ハードウェア記述言語、または同様のものを含む、任意の命令、命令セット、プログラム、サブプログラム、コード、プログラムコード、ソフトウェアモジュール、アプリケーション、ソフトウェアパッケージ、ルーチン、オブジェクト、実行ファイル、実行スレッド、プロシージャ、関数、他を意味するために広く解釈される。また、ソフトウェアは、命令、コード、プログラム、サブプログラム、ソフトウェアモジュール、アプリケーション、ソフトウェアパッケージ、ルーチン、サブルーチン、実行ファイル、プロシージャ、機能、他を含む様々な種類の機械語命令を含むことができる。さらに、ソフトウェアは、総合ソフトウェア、ファームウェア、ミドルウェア、マイクロコード、ハードウェア記述言語、または他に言及することもできる。上述したように、ソフトウェアは、コンピュータ可読媒体に格納することができる。   As used herein, the term “software”, “module”, or “processing” refers to any instruction, instruction set, including firmware, microcode, middleware, software, hardware description language, or the like. Widely interpreted to mean a program, subprogram, code, program code, software module, application, software package, routine, object, executable, execution thread, procedure, function, etc. Software can also include various types of machine language instructions including instructions, code, programs, subprograms, software modules, applications, software packages, routines, subroutines, executables, procedures, functions, etc. Further, software can refer to general software, firmware, middleware, microcode, hardware description language, or others. As described above, the software can be stored on a computer-readable medium.

コンピュータ可読媒体の例は、例として、光ディスク、磁気記憶装置、デジタル多用途ディスク、フラッシュメモリ、ランダムアクセスメモリ(RAM)、スタティックランダムアクセスメモリ(SRAM:static random access memory)、シンクロナスダイナミックランダムアクセスメモリ(SDRAM:synchronous dynamic random access memory)、リードオンリメモリ(ROM:read only memory)、レジスタ、プログラマブルROM(PROM)、消去可能PROM(EPROM)、電気的消去可能PROM(EEPROM:electrically erasable PROM)、リムーバブルディスク、フラッシュメモリデバイス、および、プロセッサまたは処理システムによってアクセスし読み出すことができるソフトウェアを格納するための任意の他の適当な媒体などの非一時的なコンピュータ可読媒体を含むことができる。スタンドアロン、または、設計制約の範囲内で特定のアプリケーションに依存する1つまたは複数のコンピュータシステムとの組合せで、1つまたは複数のフィールドプログラマブルデバイス内に実装されることになる、様々な機能に関する説明した機能性を実装するための最善の方法を、当業者が認識するであろうということも理解される。   Examples of computer-readable media include, for example, optical discs, magnetic storage devices, digital versatile discs, flash memory, random access memory (RAM), static random access memory (SRAM), synchronous dynamic random access memory (SDRAM: synchronous dynamic random access memory), read only memory (ROM), register, programmable ROM (PROM), erasable PROM (EPROM), electrically erasable PROM (EEPROM: electronically erasable PROM) Disk, flash memory device, and And non-transitory computer readable media such as any other suitable media for storing software that can be accessed and read by a processor or processing system. Description of various functions that may be implemented in one or more field programmable devices, either stand-alone or in combination with one or more computer systems that depend on a particular application within design constraints It is also understood that those skilled in the art will recognize the best way to implement the functionality provided.

本明細書で使用される用語「ユニット」または「構成要素」は、ソフトウェア、ハードウェア、またはこれらの任意の組合せを意味する。構成要素は、フィールドプログラマブルゲートアレイ(FPGA)、デジタル論理回路、デジタル論理回路アレイ、特定用途向け集積回路(ASIC)、デジタル信号プロセッサ(DSP)、他、またはこれらの任意の組合せを含むソフトウェア構成要素、ハードウェア構成要素、またはこれらの任意の組合せとして実装することができる。したがって、構成要素は、ソフトウェア構成要素、タスク構成要素、処理、プロシージャ、関数、プログラムコード、ファームウェア、マイクロコード、回路、データ構造、テーブル、配列、および変数を含むことができる。   As used herein, the term “unit” or “component” means software, hardware, or any combination thereof. A component is a software component that includes a field programmable gate array (FPGA), a digital logic circuit, a digital logic circuit array, an application specific integrated circuit (ASIC), a digital signal processor (DSP), etc., or any combination thereof , Hardware components, or any combination thereof. Thus, components can include software components, task components, processes, procedures, functions, program code, firmware, microcode, circuits, data structures, tables, arrays, and variables.

簡単にするために、一連のステップまたは行為として本明細書で方法論を説明したが、いくつかのステップまたは行為が、本明細書で示し説明した順番とは異なる順番で、および/または並列に発生し得るので、特許請求された主題は、ステップまたは行為の順番によって限定されないことを理解されたい。さらに、全ての図示したステップまたは行為が、本明細書で開示した本技術による様々な方法論を実装するために要求されるわけではない。その上、本明細書および本明細書全体にわたって開示した方法論は、このような方法論を1つまたは複数の処理システムに移送することおよび転送することを容易にするために製造品に格納することができる。本明細書で使用されるような用語「製造品」は、あらゆるコンピュータ可読デバイス、キャリア、または媒体からアクセス可能なコンピュータプログラムを包含するものである。   For simplicity, the methodology has been described herein as a series of steps or actions, but some steps or actions may occur in a different order and / or in parallel than the order shown and described herein. Thus, it should be understood that claimed subject matter is not limited by the order of steps or actions. Moreover, not all illustrated steps or acts are required to implement various methodologies in accordance with the technology disclosed herein. Moreover, the methodologies disclosed throughout this specification and throughout this specification can be stored in an article of manufacture to facilitate the transfer and transfer of such methodologies to one or more processing systems. it can. The term “article of manufacture” as used herein is intended to encompass a computer program accessible from any computer-readable device, carrier, or media.

本明細書で使用される用語「第1」「第2」などは、様々な構成要素を説明するために使用することができるが、構成要素は上記の用語によって限定されない。上記の用語は、一方の構成要素を他方の構成要素と区別するためだけに使用される。例えば、本開示の範囲から逸脱することなく、第2の構成要素を第1の構成要素と呼ぶことができ、同様の方法で、第1の構成要素を第2の構成要素と呼ぶことができる。また、本明細書で使用される用語「および/または」は、複数の関連要素の組合せまたは複数の関連要素のうちのいずれかの項目を含む。   As used herein, the terms “first”, “second”, and the like can be used to describe various components, but the components are not limited by the above terms. The above terms are only used to distinguish one component from the other. For example, the second component can be referred to as the first component without departing from the scope of the present disclosure, and in a similar manner, the first component can be referred to as the second component. . In addition, the term “and / or” used herein includes any item of a combination of a plurality of related elements or a plurality of related elements.

さらに、1つの部品が別の部品に「連結する」または「接続する」ことを記述するとき、部品は、他の部品に直接連結できるか、もしくは直接接続でき、または部品は、第3の部品を通じて他の部品に連結できるか、もしくは接続できるということに留意されたい。文脈の中にあきらかに反対の意味が存在しない場合、単数形は複数形を含むことができる。本開示では、本明細書で使用される用語「含む」または「有する」は、本明細書で説明する特徴、操作、構成要素、ステップ、数、部分、またはこれらの任意の組合せが存在することを意味する。しかし、用語「含む」または「有する」は、1つまたは複数の他の特徴、操作、構成要素、ステップ、数、部分、または組合せの存在または追加の可能性を除外しない。また、本明細書で使用されるように、冠詞「a」は、1つまたは複数の項目を含むものとする。さらに、本開示で使用される部品、行為、ステップ、または指示は、本開示においてそのようなものとして明確に説明しない限り、本開示にとって重要または不可欠なものとして解釈するべきではない。   Furthermore, when describing one part “couple” or “connect” to another part, the part can be directly coupled to or directly connected to another part, or the part can be a third part Note that it can be connected to or connected to other parts through. The singular form can include the plural form if there is not clearly a contrary meaning in the context. In this disclosure, the term “comprising” or “having” as used herein means that there are any feature, operation, component, step, number, part, or any combination thereof described herein. Means. However, the term “comprising” or “having” does not exclude the presence or additional possibility of one or more other features, operations, components, steps, numbers, parts, or combinations. Also, as used herein, the article “a” is intended to include one or more items. Further, no part, act, step, or instruction used in the present disclosure should be construed as critical or essential to the present disclosure unless explicitly described as such in the present disclosure.

本技術は、実施形態の例を説明するために、本明細書で説明する具体例で示してきたが、多種多様の代替および/または均等の実装形態は、本開示の範囲から逸脱することなく、示し、説明した具体例の代わりに使用することができるということが当業者によって理解される。したがって、本開示は、本開示の精神および技術的範囲から逸脱することなく、本明細書で示し、説明した例および/または実施形態のあらゆる適応形態または変形形態を網羅するものとする。   While the technology has been illustrated in the specific examples described herein to illustrate example embodiments, a wide variety of alternative and / or equivalent implementations can be used without departing from the scope of the disclosure. It will be appreciated by those skilled in the art that they can be used in place of the illustrated and described embodiments. Accordingly, this disclosure is intended to cover any adaptations or variations of the examples and / or embodiments shown and described herein without departing from the spirit and scope of this disclosure.

Claims (20)

光デバイス、フォトニック集積回路またはサブアセンブリに対して制御し、モニタリングし、および/または通信するための装置であって、
光デバイスまたはサブアセンブリと、
前記光デバイスまたはサブアセンブリに連結されたプログラム可能なハードウェアゲートを含むフィールドプログラマブルデバイスであって、前記光デバイスまたはサブアセンブリに対して制御、モニタリング、および/または通信するためにゲートレベルで複数の機能を実装するように構成され、前記複数の機能のそれぞれが、マイクロプロセッサまたはマイクロコントローラを使用することなく、並列処理として走るように構成されたフィールドプログラマブルデバイスと
を備える装置。
An apparatus for controlling, monitoring and / or communicating with an optical device, photonic integrated circuit or subassembly comprising:
An optical device or subassembly;
A field programmable device including a programmable hardware gate coupled to the optical device or subassembly, wherein the plurality of functions at a gate level to control, monitor, and / or communicate with the optical device or subassembly And a field programmable device in which each of the plurality of functions is configured to run as parallel processing without the use of a microprocessor or microcontroller.
前記複数の機能が、前記フィールドプログラマブルデバイス内で異なるクロック信号で走るように構成された、請求項1に記載の装置。   The apparatus of claim 1, wherein the plurality of functions are configured to run with different clock signals within the field programmable device. 前記フィールドプログラマブルデバイスに連結された1つまたは複数のアナログ/デジタル変換(ADC)回路およびデジタル/アナログ変換(DAC)回路をさらに備える、請求項1に記載の装置。   The apparatus of claim 1, further comprising one or more analog / digital conversion (ADC) circuits and digital / analog conversion (DAC) circuits coupled to the field programmable device. 前記フィールドプログラマブルデバイスが、波長可変レーザ、光データの変調器/復調器、内部または外部の光学的および光電子的なモニタリングおよび制御機能からなる群から選択される前記光デバイスまたはサブアセンブリの1つまたは複数の部品を制御するように構成された、請求項1に記載の装置。   One or more of said optical devices or subassemblies wherein said field programmable device is selected from the group consisting of a tunable laser, an optical data modulator / demodulator, internal or external optical and optoelectronic monitoring and control functions, or The apparatus of claim 1, configured to control a plurality of parts. 前記フィールドプログラマブルデバイスが、1つまたは複数のフィールドプログラマブルゲートアレイ(FPGA)またはプログラマブル論理デバイス(PLD)を備える、請求項4に記載の装置。   The apparatus of claim 4, wherein the field programmable device comprises one or more field programmable gate arrays (FPGAs) or programmable logic devices (PLDs). 前記フィールドプログラマブルデバイスが、計測温度に基づいて、および、前記フィールドプログラマブルデバイス内に格納されたテーブル間を移動すること、または温度波長マップ間に外挿することのうちの少なくとも1つによって、温度熱電冷却器(TEC)の負荷を削減するために前記波長可変レーザのレーザ制御電流を前記計測温度に自動的に適応するように構成された、請求項4に記載の装置。   Based on the measured temperature and / or by extrapolating between temperature wavelength maps, the field programmable device moves between tables stored in the field programmable device. The apparatus of claim 4, wherein the apparatus is configured to automatically adapt a laser control current of the tunable laser to the measured temperature to reduce a load on a cooler (TEC). 前記フィールドプログラマブルデバイスが、
(i)レーザ出力パワーの制御および/またはモニタリングと、
(ii)前記光デバイスまたはサブアセンブリに関連する、温度の影響を受ける構成要素の制御および/またはモニタリングと、
(iii)波長可変レーザのレーザ波長の制御および/モニタリングと、
(iv)波長ロッカ機能の制御と、
(v)ホストに連結された1つまたは複数の通信インターフェースの制御および/またはモニタリングと
からなる群から選択された1つまたは複数の機能を走らせるように構成された、請求項1に記載の装置。
The field programmable device is
(I) control and / or monitoring of laser output power;
(Ii) control and / or monitoring of temperature-sensitive components associated with the optical device or subassembly;
(Iii) control and / or monitoring of the laser wavelength of the tunable laser;
(Iv) control of the wavelength locker function;
2. The device of claim 1, configured to run one or more functions selected from the group consisting of: (v) control and / or monitoring of one or more communication interfaces coupled to a host. apparatus.
前記光デバイスまたはサブアセンブリが、前記フィールドプログラマブルデバイスに集積された通信インターフェースを備え、好ましくは、前記プログラマブルデバイスが、フィールドプログラマブルゲートアレイ(FPGA)を備える、請求項1に記載の装置。   The apparatus of claim 1, wherein the optical device or subassembly comprises a communication interface integrated in the field programmable device, preferably the programmable device comprises a field programmable gate array (FPGA). 前記通信インターフェースが、波長可変レーザ、光データ変調器/復調器、または、モノリシックに集積された他の光または光電子部品に対する制御、モニタリング、および/または通信を可能にする、グラフィカルユーザインターフェース(GUI)またはアプリケーションプログラミングインターフェース(API)に対するソケットのうち1つまたは両方を備える、請求項8に記載の装置。   A graphical user interface (GUI) that enables control, monitoring, and / or communication to a tunable laser, optical data modulator / demodulator, or other optical or optoelectronic component monolithically integrated 9. The apparatus of claim 8, comprising one or both of sockets to an application programming interface (API). ソフトウェア層を使用して、高速な波長較正のアルゴリズムを実装するために、前記フィールドプログラマブルデバイスを通じて、波長可変レーザと相互作用する、請求項9に記載の装置。   10. The apparatus of claim 9, wherein a software layer is used to interact with a tunable laser through the field programmable device to implement a fast wavelength calibration algorithm. 前記フィールドプログラマブルデバイスが、ソフトステートマシン、電子フィルタ、制御およびフィードバックループ、決定回路、ならびに通信インターフェースを含む1つまたは複数の機能を実装するように構成され、それぞれの機能が、前記フィールドプログラマブルデバイス内の異なるクロック信号で並列処理として実行される、請求項1に記載の装置。   The field programmable device is configured to implement one or more functions including a soft state machine, an electronic filter, a control and feedback loop, a decision circuit, and a communication interface, each function within the field programmable device The apparatus of claim 1, wherein the apparatus is implemented as parallel processing with different clock signals. 前記複数の機能が、波長可変レーザからの光の線幅を低減し、および/または波長可変レーザからの光の周波数を安定させるために、パウンドドレバホール(PDH)のアルゴリズムを含む、請求項1に記載の装置。   The plurality of functions includes a pounded hole (PDH) algorithm to reduce the line width of light from the tunable laser and / or stabilize the frequency of light from the tunable laser. The apparatus according to 1. 前記フィールドプログラマブルデバイスの再プログラム可能なハードウェアゲート内に前記PDHのアルゴリズムが実装され、前記再プログラム可能なハードウェアゲートのうちのいくつかが、波長ロッキングの機能を実装するために使用される、請求項12に記載の装置。   The PDH algorithm is implemented in a reprogrammable hardware gate of the field programmable device, and some of the reprogrammable hardware gates are used to implement a wavelength locking function. 12. The apparatus according to 12. 前記フィールドプログラマブルデバイスの前記再プログラム可能なハードウェアゲートが、ホスト通信インターフェース、メモリマップ、波長のメモリおよび管理、外部の消去可能プログラマブルリードオンリメモリ(EPROM)に対するプログラマブルリードオンリメモリ(PROM)−シリアル周辺機器インターフェース(SPI)のフラッシュインターフェース、前記光デバイスまたはサブアセンブリに対する設定電流および電圧、光および電子構成要素のモニタリング、ボックスカー平均化装置、自動出力制御、波長ロッキング、線幅狭窄化のアルゴリズム、温度のモニタリングおよび制御、アラームの生成、ステータスのモニタリング、制御および通信、ならびにアプリケーションプログラミングインターフェースのうちの少なくとも1つを実装するように構成された、請求項13に記載の装置。   The reprogrammable hardware gate of the field programmable device is a host communication interface, memory map, wavelength memory and management, programmable read only memory (PROM) to external erasable programmable read only memory (EPROM) -serial peripheral device Interface (SPI) flash interface, set current and voltage for the optical device or subassembly, monitoring of optical and electronic components, boxcar averager, automatic power control, wavelength locking, line narrowing algorithm, temperature A small number of monitoring and control, alarm generation, status monitoring, control and communication, and application programming interfaces Both are configured to implement one, according to claim 13. 前記フィールドプログラマブルデバイスが、無線通信を介して前記装置に連結されたグラフィカルユーザインターフェース(GUI)からの、または、光通信リンク上の離れたサイトに設置された別の装置のGUIからの、1つまたは複数の制御信号を受け取るように構成された、請求項1に記載の装置。   One from a graphical user interface (GUI) coupled to the device via wireless communication or from a GUI of another device installed at a remote site on an optical communication link; The apparatus of claim 1, wherein the apparatus is configured to receive a plurality of control signals. 光変調器および半導体光増幅器、非集積型の光および光電子部品と同じ基板上に集積された波長可変レーザを含む光デバイスまたはサブアセンブリと、
前記光デバイスまたはサブアセンブリ、ならびにレーザ送信機および受信機に連結されたプログラム可能なハードウェアゲートを含むフィールドプログラマブルデバイスであって、前記光デバイスまたはサブアセンブリに対して制御、モニタリング、および/または通信するために、ゲートレベルで複数の機能を実装するように構成され、前記複数の機能のそれぞれが、マイクロプロセッサまたはマイクロコントローラを使用することなく、並列処理として走るように構成された、フィールドプログラマブルデバイスと
を備える光通信システム。
An optical modulator or semiconductor optical amplifier, an optical device or subassembly comprising a tunable laser integrated on the same substrate as the non-integrated optical and optoelectronic components;
A field programmable device including a programmable hardware gate coupled to the optical device or subassembly and a laser transmitter and receiver, wherein the optical device or subassembly controls, monitors, and / or communicates with the optical device or subassembly. A field programmable device configured to implement a plurality of functions at a gate level, each of the plurality of functions configured to run as parallel processing without using a microprocessor or microcontroller; An optical communication system comprising:
前記フィールドプログラマブルデバイスが、1つまたは複数のフィールドプログラマブルゲートアレイ(FPGA)またはプログラマブル論理デバイス(PLD)を備える、請求項16に記載の光通信システム。   The optical communication system of claim 16, wherein the field programmable device comprises one or more field programmable gate arrays (FPGAs) or programmable logic devices (PLDs). 前記フィールドプログラマブルデバイスが、実際の通信量に基づいて前記光デバイスおよびサブアセンブリのリアルタイムの制御およびモニタリングのためのアプリケーションプログラミングインターフェース(API)を備えるように構成された、請求項17に記載の光通信システム。   The optical communication of claim 17, wherein the field programmable device is configured to include an application programming interface (API) for real-time control and monitoring of the optical device and subassemblies based on actual traffic. system. 前記複数の機能が、前記フィールドプログラマブルデバイス内で異なるクロック信号で走るように構成された、請求項16に記載の光通信システム。   The optical communication system according to claim 16, wherein the plurality of functions are configured to run with different clock signals in the field programmable device. 前記フィールドプログラマブルデバイスが、前記光変調器および前記半導体光増幅器、非集積型の光および光電子部品と同じ基板上に集積された前記波長可変レーザに対する制御、モニタリング、および/または通信を可能にするグラフィカルユーザインターフェース(GUI)またはアプリケーションプログラミングインターフェース(API)に対するソケットのうち1つまたは両方を含む通信インターフェースを備える、請求項16に記載の光通信システム。   Graphical enabling the field programmable device to control, monitor and / or communicate with the tunable laser integrated on the same substrate as the optical modulator and the semiconductor optical amplifier, non-integrated optical and optoelectronic components The optical communication system according to claim 16, comprising a communication interface including one or both of a socket for a user interface (GUI) or an application programming interface (API).
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